Un nuevo software mejora las técnicas de análisis de imagen de las plantas

La llamada nervadura de las hojas de una planta, es decir, la distribución de los nervios que componen el tejido vascular de la hoja, a través de los que circula la savia comunicando los órganos de la hoja con el resto de la planta, ofrece pistas de gran valor a los biólogos sobre la respuesta de cada especie a los cambios en el medio ambiente en el que crece. Y es que estos esquemas se ven afectados por la fotosíntesis y las propiedades de las hojas y varían entre las especies que han evolucionado o se han criado bajo diferentes condiciones ambientales. Leyendo esas líneas, un científico puede “adivinar” cómo responderá una determinada especie a un cambio en su entorno y, de este modo, cultivar las plantas que estén mejor preparadas para superar esa modificación en su hábitat.

Para facilitar a biólogos y agricultores la tarea de examinar rápidamente una gran cantidad de hojas, un equipo de investigación de Instituto Tecnológico de Georgia ha desarrollado una herramienta de software asistido que, a partir de las imágenes de una hoja, extrae las estructuras macroscópicas de su nervadura, según un comunicado de la institución estadounidense.

El programa, bautizado como “LEAF GUI” (Leaf Extraction and Analysis Framework Graphical User Interface) cuenta con la financiación de la Agencia DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) y el Fondo Burroughs Welcome. LEAF GUI permite a científicos y aficionados a la botánica medir las propiedades de miles de venas mucho más rápidamente que las herramientas manuales de análisis de imagen.

En palabras de uno de los responsables del proyecto, el profesor asistente en la Escuela de Biología del Instituto Tecnológico de Georgia, Joshua Weitz, “el software se puede utilizar para ayudar a identificar los genes responsables de los rasgos claves en el esquema venoso de la hoja y poner a prueba las hipótesis ecológicas y evolutivas que pueden afectar a la estructura y al funcionamiento de su nervadura ".

Software libre

Los detalles de esta nueva herramienta informática se publicaron en la edición de enero de la revista Plant Physiology y ya puede utilizarse de manera completamente libre mediante su descarga gratuita en www.leafgui.org

Mientras el equipo norteamericano está usando el software para extraer información de la nervadura y la parte no venosa de las hojas, en un amplio rango de condiciones, LEAF GUI también podría ser utilizado para otros fines, tales como la clasificación de la hoja y su descripción.

"Puesto que el software y el código subyacente son de libre acceso, otros investigadores tienen la opción de modificar los métodos de análisis cuando sea necesario para responder a preguntas específicas o mejorar los enfoques actuales", afirma otro de los autores del estudio, Charles Price quien trabajó en el proyecto como becario postdoctoral en Georgia Tech. y ahora ejerce de profesor asistente de biología vegetal en la Universidad de Australia Occidental.


LEAF GUI funciona como una herramienta de software asistido que, partiendo de la imagen de una hoja realiza una serie de pasos interactivos para limpiar los datos y devolver la información sobre la estructura de la nervadura de la hoja. Estas mediciones estructurales incluyen tanto las dimensiones, la posición y la conectividad de todas las venas de la hoja, como la forma dimensiones y posición de todas las áreas no venosas de la misma, llamadas aréolas.

Como explica el profesor Price, "los algoritmos que utiliza el software permiten a los usuarios sin experiencia técnica en análisis de imagen cuantificar toda la geometría del esquema de nervios de las hojas, superando así lo que antes era una tarea difícil debido al tamaño y a la complejidad de los patrones de venas”.

Primeros pasos

LEAF GUI no es el único programa de software que el grupo de Weitz ha desarrollado para investigar las características de la nervadura de las plantas. En marzo de 2010 publicó otro comunicado en la revista Plant Physiology donde detallaba una nueva forma de analizar la compleja estructura de las raíces de las plantas de cultivo, con un enfoque especial en el arroz.

Entonces el trabajo fue realizado en colaboración con científicos de la Universidad de Duke y de nuevo contó con el apoyo de la Agencia DARPA, el Fondo Burroughs Welcome y la Fundación Nacional de la Ciencia.

En el comunicado Joshua Weitz, presente en ambos proyectos hace balance de la importancia de los mismos en el campo de la biología: "Estos dos programas de software son herramientas de ayuda en el área creciente de la fenómica de las plantas, que tiene como objetivo correlacionar la función genética con el rendimiento de la planta y su respuesta al medio ambiente. Al identificar las características de la nervadura de la hoja y de las estructuras de la raíz que difieren entre las plantas, estamos permitiendo avances en la biología básica y, en el caso de las plantas de cultivo, ayudamos a los investigadores en la identificación y la potencial alteración de los genes para mejorar la salud de las plantas, su rendimiento y su supervivencia."