A visão clássica de que o armazenamento de carbono é um processo passivo, onde o acúmulo ocorre apenas quando o suprimento da fotossíntese excede a demanda metabólica dos órgãos coletores, foi contestado inúmeras vezes. Na realidade, o armazenamento de carbono é um processo dinâmico e ativo que compete com a demanda metabólica por carboidratos em resposta a estresses ambientais. Um novo artigo ilustra por que os modeladores de culturas devem incluir reservatórios de carbono ativo em suas simulações e propor uma estrutura de modelagem mais precisa.

As plantas são confrontadas com um ambiente em constante mudança que afeta o seu crescimento. Por exemplo, ao longo do dia, eles experimentam mudanças bruscas de temperatura e luz quando uma nuvem passa por cima. Diferentes processos ocorrem durante o dia e a noite. Em uma escala de tempo mais longa, as plantas são expostas a longos dias claros no verão e curtos dias escuros no inverno.

Para lidar com essas mudanças, as plantas gerenciam ativamente o armazenamento de carbono para otimizar seu crescimento. Apesar do importante papel do armazenamento de carbono ativo nas plantas, a maioria dos modelos de cultivo ainda inclui o armazenamento de carbono como um processo passivo que ocorre sempre que há excesso de carbono da fotossíntese em relação à demanda de carbono para o metabolismo.

É provável que o armazenamento de carbono ativo tenha sido sub-representado nos modelos de cultivo devido à dificuldade de simulá-lo. “Simular a resposta de armazenamento de carbono às flutuações de luz e temperatura em nível de planta inteira exigiria modelos que incluíssem interações complexas entre sinais circadianos, sinais ambientais e sinais metabólicos”, de acordo com a estudante de pós-graduação Ana Cristina Zepeda e seus colegas da Wageningen University and Research . Eles desafiam os modeladores a incluir o armazenamento de carbono ativo em suas simulações em um novo artigo publicado pela in silico Plants.

No artigo, os autores revisaram evidências experimentais de que o acúmulo e remobilização de carbono nas plantas está mudando continuamente em resposta ao status de carbono da planta, que por sua vez é altamente dependente de fatores ambientais, como temperatura ou luz. Eles destacaram dois mecanismos fisiológicos principais para o armazenamento de carbono ativo:

A partição de assimilados entre açúcares solúveis e amido. Em uma escala diária, os assimilados são particionados em sacarose para as demandas imediatas durante o dia e amido para atender a demanda de carbono durante a noite seguinte.

Degradação e remobilização do amido. Em escala diária, durante a noite o amido é degradado em açúcares solúveis para sustentar o metabolismo e o crescimento. Em uma escala sazonal, as reservas de carboidratos em reservatórios (por exemplo, raízes) são mobilizadas para enchimento de grãos ou na primavera para a formação de novos perfilhos ou rebrota.

Em seguida, os autores revisaram os mecanismos fisiológicos que permitem às plantas acumular e remobilizar carbono, bem como as formas como o armazenamento de carbono é atualmente incluído nos modelos de crescimento de culturas. A partir disso, identificaram lacunas de conhecimento que precisam ser preenchidas para representar com precisão o armazenamento de carbono em modelos de simulação de culturas. Os autores fizeram as seguintes recomendações:

• Para simular um pool dinâmico de armazenamento de carbono ativo, coloque a entrada de carbono da fotossíntese em um pool de armazenamento temporário (um estado extra) que posteriormente será particionado entre diferentes órgãos sumidouros como folhas, frutas ou o próprio armazenamento. Isso se opõe à estrutura clássica em que o crescimento é o resultado líquido da entrada diária de carbono da fotossíntese bruta menos a perda de carbono na respiração
• Para incluir com precisão um pool de carbono dinâmico, acople modelos bioquímicos que descrevem açúcares solúveis e metabolismo de amido a modelos de crescimento de toda a planta.
• Para modelar com precisão o crescimento, inclua o efeito das flutuações de temperatura e luz na atividade do dreno (não apenas na fotossíntese).

Por fim, os autores demonstraram como a inclusão de um pool de carbono dinâmico em modelos de crescimento oferece uma representação mais realista da alocação de carbono e dos padrões de crescimento sob condições de estresse, comparando a saída de três modelos que diferem apenas na inclusão de um pool de carbono. Este exercício ilustrou que a inclusão de um reservatório de carbono dinâmico em modelos de crescimento oferece uma representação mais realista da alocação de carbono em condições de estresse abiótico (por exemplo, uma maior alocação para armazenamento durante condições limitadas de sumidouro) e um efeito mais realista no crescimento padrões.

Zepeda conclui que “Incluir pools separados de amido e sacarose para representar um pool 'ativo' em modelos de crescimento pode aumentar o nível de detalhe e robustez dos modelos. Isso é particularmente importante porque as simulações podem ser usadas para orientar a melhoria das culturas sob condições ambientais flutuantes, como as mudanças climáticas”.

LEIA O ARTIGO:

Ana Cristina Zepeda, Ep Heuvelink, Leo FM Marcelis, Armazenamento de carbono nas plantas: um amortecedor para flutuações temporais de luz e temperatura, in silico Plants, 2022, diac020, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac020