Un encuentro en un bosque entre un biólogo y un matemático podría llevar a árboles de crecimiento más rápido.

"A los matemáticos les gusta traducir los procesos biológicos en números, "dijo Andrei Smertenko, profesor asistente en el Instituto de Química Biológica de la Universidad Estatal de Washington. "Soy biólogo, y quiero ayudar a hacerme más fuerte mejores árboles ".

La cría de árboles es un campo impreciso y que requiere mucho tiempo, con los criadores que confían en unos pocos marcadores genéticos y lo que pueden ver. Pasan años antes de que vean los rasgos que buscan en un árbol joven.

Para ayudar a acelerar las cosas, Smertenko y sus colegas del Departamento de Matemáticas de WSU, Vladyslav Oles y Alexander Panchenko, han desarrollado un nuevo modelo que podría ayudar a facilitar la reproducción de árboles.

¿Cómo las hormonas? los genes impactan el crecimiento h

El grupo se conoció hace tres años en una fiesta en un bosque y comenzó a hablar de árboles. El interés de Smertenko. Ese encuentro casual eventualmente llevó al modelo, que fue publicado recientemente en la revista PLOS Uno bajo el título "Modelado del control hormonal de la proliferación del cambium".

"Crecimiento radial, o espesor, se sabe que está controlado por muchas hormonas, ", Dijo Smertenko." Pero la forma en que cada hormona contribuye al crecimiento radial sigue siendo poco conocida. Entonces, el modelo simula cómo las interacciones entre hormonas y genes clave impactarían el crecimiento radial ".

Los cálculos requieren una evaluación sistemática de millones de situaciones diferentes en las celdas, él dijo. Básicamente, el modelo ejecuta miles de millones de simulaciones de interacciones genéticas para predecir qué árboles probablemente producirán más o menos madera a medida que crecen.

El modelo se centra en el cambium

El modelo se centra en la comprensión de los procesos moleculares en el cambium, un tipo de célula madre que puede detectar la disponibilidad de nutrientes en el suelo y la actividad fotosintética en los brotes. Cambium integra estas señales con la altura de la planta para producir la cantidad requerida de madera en cada temporada de crecimiento. Dijo Smertenko.

"La madera es muy cara de producir para un árbol, desde una perspectiva de recursos, ", dijo." Asignar demasiados recursos a la producción de madera limitaría en última instancia el potencial de reproducción de las plantas. Y actualmente no podemos medir ni estudiar el cambium en una planta viva porque deja de funcionar tan pronto como le hacemos algo a la planta.

"Entonces, si no podemos observar el tejido directamente, entonces hacer un modelo matemático es la mejor solución que tenemos hasta ahora, " él dijo.

Cambium controla el crecimiento de los árboles y, durante la temporada activa, se divide rápidamente. Si miras los anillos anuales de un árbol, la parte clara refleja una mayor actividad de cambium, como en primavera, y los anillos más oscuros son períodos de crecimiento lento, como en invierno.

El modelo identifica líneas de reproducción

En una población de árboles genéticamente diversa, los criadores pueden usar la información del modelo para ver qué árboles tienen más probabilidades de generar más madera.

"Algunos criadores pueden querer árboles más delgados, o árboles más gruesos, ", Dijo Smertenko." Desde un punto de vista científico, nuestro modelo se puede utilizar para identificar diferentes líneas de mejoramiento con mayor o menor producción de madera ".

Hasta aquí, el modelo solo funciona en árboles de hoja caduca, como el roble o el chopo, y no en coníferas, como pino o abeto, porque el proceso de crecimiento se comprende mejor en árboles de hoja caduca, Dijo Smertenko.