Muitas questões sobre o desenvolvimento da planta podem ser respondidas através da observação direta. Outros, como os que envolvem o efeito das interações em nível molecular no desenvolvimento e na forma, também requerem modelagem computacional.
Dr. David Holloway e Dra. Carol Wenzel, ambos no British Columbia Institute of Technology, usar modelagem de plantas para investigar a formação da rede secundária multinervura em folhas de dicotiledôneas em seus recentes in silico artigo Plantas.
Os autores desenvolveram um modelo em nível de folha que simula a cinética intracelular e de membrana e o transporte intercelular. Com ele, eles foram capazes de analisar a dependência da padronização das veias na eficácia do fluxo de auxina através das células.
O fitohormônio auxina está envolvido na regulação do crescimento da planta e impulsiona o desenvolvimento vascular, formando veias à medida que flui pela folha. A direção do fluxo de auxina é regulada por transportadores de efluxo celular PIN-FORMED. Esses transportadores estão localizados em lados específicos das células e promovem o bombeamento de moléculas de auxina para fora das células, direcionando o fluxo. Parece haver duas tendências gerais na interação transportador-auxina: uma gradiente alocação do transportador onde a auxina se move em direção a células vizinhas com altas concentrações de auxina, e uma com fluxo alocação dependente do fluxo de auxina através das paredes e longe de altas concentrações de auxina.
Os autores combinaram gradiente e com fluxo alocação para criar um modelo de transporte de auxina de dupla polarização. Este mecanismo simula com sucesso o desenvolvimento normal das veias primárias e secundárias. Isso inclui distribuições de auxinas transportadoras correspondentes à iniciação, extensão e canalização de uma única veia, bem como a iniciação sincronizada e sequencial de veias secundárias, controle de sua direção de extensão e conexão das secundárias à veia central (ver figura 1) .
“Depois que o modelo estático foi considerado bem-sucedido, integramos o crescimento e a divisão celular. A partir disso, pudemos mostrar como o crescimento pode expandir os padrões iniciais de nervação da resolução celular (onde a dinâmica molecular desempenha um papel) para toda a folha”, diz Holloway.
O papel dos transportadores de auxina na extensão da veia foi posteriormente investigado por modelagem da inibição química do transporte de auxina. Níveis moderados e altos simulados de inibição corresponderam bem com o que é observado experimentalmente:
A inibição moderada resultou em uma mudança de vários locais distintos de iniciação venosa para muitos locais menos distintos; um atraso na canalização da veia; conexão inibida de novas veias com as antigas; e, finalmente, perda do padrão na margem, perda da extensão da veia e confinamento da auxina na margem (ver figura 2A vs 2B). A alta inibição resultou em mais pontos de convergência de altos níveis de auxina formados na margem do que o normal, mas sem iniciar a extensão das veias (ver figura 2A vs 2C).
Holloway conclui que “a modelagem de folhas normais e inibidas pelo transporte nos permitiu identificar a dinâmica envolvida nas mudanças de fluxo direcional de auxina durante o desenvolvimento da rede de veias secundárias. Descobrimos que o transporte de auxina em escala celular produz padrões vasculares de curto alcance e demonstramos que o crescimento foliar pode ser um mecanismo simples para expandir padrões de curto alcance para a escala da folha madura”.
LEIA O ARTIGO:
David M Holloway, Carol L Wenzel, dinâmica de transporte de auxina polar de padrão de veias primárias e secundárias em folhas de dicotiledôneas, in silico Plants, 2021; diab030, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diab030
