Comment tenir compte de la masse clonale des chiots

Modélisation des différences d’effort reproducteur entre les stratégies de reproduction itéropare et sémelpare chez les Broméliacées

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La famille des broméliacées comprend la mousse espagnole, les ananas et les plantes aériennes. Jusqu’à 2/3 des espèces de Broméliacées sont menacées d’extinction en raison de la perte et de la fragmentation de l’habitat, du changement climatique, des espèces envahissantes et de la commercialisation à des fins ornementales. Comprendre l’effort de reproduction, qui est le compromis entre consacrer des ressources à la reproduction et à la croissance individuelle, des Broméliacées peut donner un aperçu des stratégies de conservation. Une nouvelle étude publiée dans en silicone Plants fournit un nouveau modèle mathématique de la croissance et de l’effort de reproduction des Broméliacées.

Erin Bodine, professeur agrégé de mathématiques au Rhodes College, et ses collègues ont modifié un modèle de croissance dynamique des plantes précédemment développé pour tenir compte du moment et de l’allocation des ressources dans la reproduction sexuée (via des fleurs) et la reproduction asexuée (via des ramifications clonales génétiquement identiques). À l’aide des résultats de simulations de modèles, ils ont ensuite calculé l’effort de reproduction sur la durée de vie d’une broméliacée en utilisant des mesures existantes et nouvelles de l’effort qui tiennent compte de l’allocation à la reproduction asexuée de différentes manières.

Le calcul de l’effort de reproduction des Broméliacées est difficile en raison de l’existence de deux modes de reproduction : sexué et asexué. Les feuilles des broméliacées poussent en forme de rosette en spirale. De nouvelles feuilles sont générées au centre à partir des méristèmes apicaux. La croissance végétative des feuilles et de la tige se poursuit jusqu’à ce qu’une taille critique, des signaux de développement ou environnementaux déclenchent une transition vers la croissance reproductive (voir croissance végétative dans la figure 1). À ce stade, le méristème apical se convertira généralement pour produire une seule grappe de fleurs (l’inflorescence). Lorsque cette structure est terminée, le méristème apical cesse toute activité et aucun développement et croissance ne se produit le long de cet axe (voir croissance des inflorescences dans la figure 1). Au-dessus de la base de chaque feuille de la rosette se trouve également un méristème axillaire qui, s’il est initié, produira une ramification clonale génétiquement identique appelée chiot (voir croissance des chiots dans la figure 1). Chaque petit possède un méristème apical capable de produire une inflorescence. Les broméliacées capables de produire des petits ont une itéropare stratégie de reproduction où les individus se reproduisent sexuellement plusieurs fois à partir des inflorescences de plusieurs chiots itératifs. Les broméliacées qui n’ont pas la capacité de produire des petits ont un sémelpare stratégie de reproduction dans laquelle ils subissent un événement de reproduction sexuelle unique et par la suite mortel.

Deux formes de croissance sont comparées dans le temps : itéropare et sémelpare. La croissance itéropare commence par la croissance végétarienne. Le tissu méristématique est visible sur la tige et au sommet de la plante. Les petits poussent à partir de certains des méristèmes de la tige. Les petits continuent de grossir et une inflorescence se développe à partir du méristème apical. Pendant la sénescence, l'inflorescence et les tiges meurent, mais les petits restent en vie. De même, la croissance sémelpare commence par la croissance végétarienne. Le tissu méristématique est visible sur la tige et au sommet de la plante. L'inflorescence se développe alors à partir du méristème apical. Pendant la sénescence, la plante entière meurt. — Figure 1 : Progression de la croissance des rosettes de broméliacées (a) itéropares et (b) sémelpares.

Alors que les plantes des deux stratégies produisent des inflorescences, les plantes itéropares sont capables de produire plusieurs inflorescences. Pour permettre une comparaison directe, les auteurs modélisent le développement d’une seule rosette jusqu’à la sénescence en supposant des taux comparables de rythme de développement et de productivité chez les espèces itéropares et sémelpares. La masse des petits des espèces itéropares est prise en compte, mais seulement jusqu’à la sénescence de la rosette mère. Dans la famille des Broméliacées, il existe un large continuum de durée de cycle de vie, de sorte que les auteurs ont simulé un horizon temporel court de deux ans et un horizon temporel long de neuf ans.

Les auteurs considèrent quatre formulations différentes de l’effort de reproduction (RE), chacune dépendante temporellement, changeant à mesure que la rosette grandit. Les auteurs quantifient la construction classique de l’effort reproducteur des taxons sémelpares et itéropares comme

Effort Reproductif (ER) ∝ masse de l’inflorescence divisée par la somme de la masse végétative et reproductive de la rosette

Dans cette mesure, la masse des petits pour les taxons itéropares n’est pas incluse.

Les auteurs proposent trois formulations supplémentaires de l’effort de reproduction pour les itéropares qui considèrent la masse des petits comme végétative ou reproductrice :

Effort Sexuel Reproductif (RE_s) ∝ masse de l’inflorescence divisée par la somme de la masse des petits, de la végétation et de l’inflorescence de la rosette
Effort de reproduction asexuée (RE_une) ∝ masse des petits divisée par la somme de la masse des petits, végétative et de l’inflorescence de la rosette
Genet Effort Reproductif (RE_g) = Effort Sexuel Reproductif (RE_s) + Effort de reproduction asexuée (RE_une)

La formulation finale représente une extension du calcul de l’effort de reproduction pour les taxons itéropares sur la durée de vie d’un seul individu génétique avec plusieurs petits et inflorescences (une genette) en utilisant la construction classique de l’effort de reproduction calculé à la sénescence de chaque rosette génétiquement identique.

Une représentation visuelle de la. construction classique de l'effort reproducteur pour les taxons sémelpares et itéropares et les trois formules supplémentaires d'effort reproducteur pour les taxons itéropares. La masse reproductive est mise en évidence dans chaque image. Pour l'effort de reproduction, l'inflorescence est mise en évidence. Pour l'effort de reproduction sexuelle, les inflorescences sont mises en évidence. Pour l'effort de reproduction asexuée, les petits sont mis en évidence. Pour l'effort de reproduction des genettes, les petits et l'inflorescence sont mis en évidence. — Figure 2 : Formulation de l’effort reproducteur.

Les simulations démontrent que la façon dont les petits sont pris en compte dans la formulation de l’effort de reproduction pour les taxons itéropares déterminera si les taxons sémelpares ou itéropares présentent un effort de reproduction plus élevé.

Deux graphiques montrant les semaines sur l'axe des x et l'effort de reproduction sur l'axe des y. Le graphique de gauche représente un horizon temporel court, la croissance des plantes se terminant à 100 semaines. L'effort productif de reproduction de la genette est le plus élevé, suivi des sémelpares et des itéropares qui ont des valeurs similaires. L'effort de reproduction sexuelle vient ensuite, suivi de l'asexué, qui est le plus faible. Le graphique de droite représente un horizon à long terme avec une croissance des plantes se terminant à 400 semaines. L'effort productif de reproduction de la genette est le plus élevé, suivi de l'asexué. Les sémelpares, les itéropares et les asexuées ont une valeur de zéro jusqu'au début de la production d'inflorescences à 250 semaines. Après cela, les efforts de reproduction augmentent mais restent toujours inférieurs aux valeurs genet et asexuées. — Figure 3 : Effort de reproduction sur des horizons temporels courts et longs pour toutes les formulations.

Pour les taxons à horizon court, lorsque l’effort de reproduction est calculé sur la durée de vie d’une rosette, l’effort de reproduction sémelpare est supérieur à l’itéropare lorsque la masse des petits est prise en compte comme si elle était purement végétative chez les taxons itéropares (comparer RE^s vs CONCERNANT_une et RE_s dans la figure 3). Cependant, si la masse des petits et des inflorescences est incluse dans la masse reproductive, comme pour la genette, alors l’effort de reproduction itéropare est plus important (comparer RE^s et RE_g vs CONCERNANT^s dans la figure 3).

De même, pour les taxons à horizon long, parce que les petits ajoutent et maintiennent de la masse pour la genette pendant plusieurs années, les efforts de reproduction itéropares sont plus élevés que les efforts de reproduction sémelpares si la masse des petits est incluse dans la masse reproductive, comme pour la genette et la reproduction asexuée (comparer RE_g et RE_une vs CONCERNANT^s dans la figure 3).

Les auteurs concluent que « si les différences dans l’histoire de la vie (c’est-à-dire, itéropares ou sémelpares) correspondent à des différences dans l’effort de reproduction, alors comprendre et quantifier ces différences peut fournir des informations précieuses lors de la construction de stratégies visant à conserver ces espèces et d’autres espèces de broméliacées en péril ».

LIRE L’ARTICLE:

Bodine, EN, Bush, C., Capaldi, A., & Jabaily, RS (2023). Modélisation des différences d’effort de reproduction entre les stratégies de reproduction itéropares et sémelpares chez les Broméliacées. dans Silico Plantes, 5(1). https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac019