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Un software per monitorare lo sviluppo radicale

L'architettura del sistema radicale svolge un ruolo chiave nelle potenzialità e nella produttività delle colture. Il cambiamento climatico, una popolazione mondiale in crescita e l'uso non sostenibile dei fertilizzanti rendono oggi, molto più che nel passato, pressante la necessità di capire come crescono e interagiscono con l'ambiente gli apparati radicali, con l'obiettivo di sviluppare colture più robuste ed efficienti.

Lo studio delle radici delle piante è molto difficile a causa della loro complessa topologia tridimensionale, della plasticità della crescita ambientale, e dell'opacità del terreno. Negli ultimi anni, tuttavia, diverse tecnologie di imaging sono state applicate per monitorare la formazione e lo sviluppo delle radici senza interruzioni e durante un periodo di tempo: raggi x, risonanza magnetica, laser e imaging ottico. Queste tecnologie ricostruiscono la forma 3D di un sistema di radici e consentono la valutazione delle caratteristiche impossibili da quantificare da misurazioni a mano. La maggior parte degli strumenti esistenti calcolano dei tratti per le forme statiche, e se più di una forma disponibile rappresenta lo stesso apparato radicale, le caratteristiche globali sono calcolate senza separare i contributi delle singole ramificazioni.
Esistono software che sono capaci di analizzare serie importanti di immagini di radici in 2D ma richiedono un notevole input da parte dell'utente per monitorare la crescita. Sono state sviluppate diverse piattaforme high-throughput (analisi scientifiche in grado di effettuare dei test su un numero molto grande di dati in un tempo ristretto, con elevata automazione) per l'analisi dei videoclip che filmano la crescita delle radici delle dicotiledoni. I progressi nel campo della computer grafica consentono di allineare rapidamente grandi forme che sono almeno parzialmente simili. Questi metodi possono essere utilizzati per migliorare l'analisi di immagini in serie temporali, ma non sono ancora stati sfruttati al massimo delle loro potenzialità nel campo dello studio dei vegetali.

Una nuova tecnologia, prodotta da un team austriaco/statunitense, è stata presentata quest'anno: il software DynamicRoots. Questa piattaforma è stata progettata per elaborare automaticamente una serie temporale di ricostruzioni 3D di un apparato radicale in crescita. Registra le forme 3D in un comune sistema di coordinate e crea una struttura di dati che monitora la crescita. Usando questa struttura, vengono stimati i tratti dinamici dei singoli settori, che sono poi aggregati globalmente. Il contributo di questo nuovo software fornisce:
  • una rappresentazione grafica geometrica di un sistema radicale che riflette la sua struttura gerarchica;
  • un algoritmo che garantisce coerenza temporale e calcola, in funzione del tempo di registrazione, il processo di crescita;
  • una suite di caratteristiche strutturali e dinamiche delle radici, compresi i tassi di allungamento e la frequenza della ramificazione.
 
 
 

La dinamica dell'evoluzione delle radici è adesso osservabile grazie alle più moderne tecnologie

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