炭素貯蔵は受動的なプロセスであるという古典的な見方, 光合成からの供給がシンク器官からの代謝要求を超えた場合にのみ蓄積が発生する場所は、何度も挑戦されてきました。 実際には、炭素貯蔵は、環境ストレスに応じて炭水化物の代謝需要と競合する動的かつアクティブなプロセスです。 新しい論文は、作物モデラーがシミュレーションに活性炭プールを含め、より正確なモデリング フレームワークを提案する理由を説明しています。
植物は常に変化する環境に直面しており、その成長に影響を与えています。 たとえば、頭上を雲が通過すると、XNUMX 日を通して温度と光が急激に変化します。 昼と夜で異なるプロセスが発生します。 より長い時間スケールでは、植物は夏に長い明るい日、冬に短い暗い日にさらされます。
これらの変化に対処するために、植物は炭素貯蔵を積極的に管理して成長を最適化します。 植物における活性炭素貯蔵の重要な役割にもかかわらず、ほとんどの作物モデルには、代謝のための炭素需要と比較して光合成からの炭素が過剰になるたびに発生する受動的なプロセスとして炭素貯蔵が含まれています。
活性炭貯蔵は、シミュレーションが難しいため、作物モデルでは過小評価されている可能性があります。 Wageningen University and Research の大学院生 Ana Cristina Zepeda と彼女の同僚によると、「植物全体のレベルで光と温度の変動に対する炭素貯蔵反応をシミュレートするには、概日シグナル、環境の手がかり、代謝シグナルの間の複雑な相互作用をモデルに含める必要があります」 . 彼ら によって発行された新しい論文で、シミュレーションに活性炭貯蔵を含めるようモデラーに挑戦します。 <font style="vertical-align: inherit;">in silico</font> 植物.
この論文で著者らは、植物における炭素の蓄積と再移動が、温度や光などの環境要因に大きく依存する植物の炭素状態に応じて絶えず変化しているという実験的証拠をレビューしました。 彼らは、活性炭貯蔵の XNUMX つの重要な生理学的メカニズムを強調しました。
可溶性糖とデンプンの間の同化物の分配. 日足スケールでは、同化物は、日中の即時の需要のためにスクロースに分割され、次の夜に炭素需要を満たすためにデンプンに分割されます.
デンプンの分解と再移動. 日足スケールでは、夜間にデンプンが分解されて可溶性糖になり、代謝と成長が維持されます。 季節規模では、貯蔵プール (例えば、根) の炭水化物の蓄えは、穀物の充填または春に新しい分げつや再発芽の形成のために動員されます。
次に著者らは、植物が炭素を蓄積・再移動させる生理学的メカニズムと、現在作物生育モデルに炭素貯蔵がどのように組み込まれているかを検証した。その結果、作物シミュレーションモデルにおいて炭素貯蔵を正確に再現するために埋めるべき知識のギャップが明らかになった。著者らは以下の提言を行った。
- 動的な活性炭素貯蔵プールをシミュレートするには、光合成からの炭素入力を一時的な貯蔵プール (追加の状態) に配置します。この貯蔵プールは、後で葉、果物、または貯蔵自体などのさまざまな吸収器官に分割されます。 これは、成長が総光合成からの毎日の炭素入力から呼吸による炭素損失を差し引いた正味の結果であるという古典的な構造とは対照的です。
- 動的炭素プールを正確に含めるには、可溶性糖とデンプン代謝を記述する生化学モデルを植物全体の成長モデルに結合します。
- 成長を正確にモデル化するには、(光合成だけでなく) シンク活動に対する温度と光の変動の影響を含めます。
最後に、著者らは、炭素プールを含めることのみが異なる XNUMX つのモデルの出力を比較することにより、成長モデルに動的炭素プールを含めることで、ストレス条件下での炭素配分と成長パターンをより現実的に表現できることを示しました。 この演習では、成長モデルに動的炭素プールを含めることで、非生物的ストレス条件での炭素配分をより現実的に表現し (たとえば、シンクが制限された条件での貯蔵へのより高い配分)、成長へのより現実的な影響を提供することを示しました。パターン。
Zepeda は次のように結論付けています。 シミュレーションは、気候変動などの変動する環境条件の下で作物の改良を導くために使用できるため、これは特に重要です。」
記事を読む：
Ana Cristina Zepeda、Ep Heuvelink、Leo FM Marcelis、 植物の炭素貯蔵: 一時的な光と温度変動の緩衝材, in silico Plants、2022年、diac020、 https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac020
