Les pools de carbone actif doivent être inclus pour une simulation précise des schémas de croissance des plantes dans des environnements fluctuants.
La vision classique selon laquelle le stockage du carbone est un processus passif, où l’accumulation ne se produit que lorsque l’apport de la photosynthèse dépasse la demande métabolique des organes puits, a été contestée à de nombreuses reprises. En réalité, le stockage du carbone est un processus dynamique et actif qui entre en compétition avec la demande métabolique en glucides en réponse aux stress environnementaux. Un nouvel article illustre pourquoi les modélisateurs de cultures devraient inclure les réservoirs de carbone actif dans leurs simulations et proposer un cadre de modélisation plus précis.
Les plantes sont confrontées à un environnement en constante évolution qui affecte leur croissance. Par exemple, tout au long de la journée, ils subissent des changements brusques de température et de lumière lorsqu’un nuage passe au-dessus de leur tête. Différents processus se produisent pendant le jour et la nuit. Sur une échelle de temps plus longue, les plantes sont exposées à de longues journées lumineuses en été et à de courtes journées sombres en hiver.
Pour faire face à ces changements, les plantes gèrent activement le stockage du carbone pour optimiser leur croissance. Malgré le rôle important du stockage de carbone actif dans les plantes, la plupart des modèles de culture incluent toujours le stockage de carbone en tant que processus passif qui se produit chaque fois qu’il y a un excès de carbone provenant de la photosynthèse par rapport à la demande de carbone pour le métabolisme.
Il est probable que le stockage de carbone actif ait été sous-représenté dans les modèles de culture en raison de la difficulté à le simuler. « La simulation de la réponse du stockage du carbone aux fluctuations de la lumière et de la température au niveau de la plante entière nécessiterait que des modèles incluent des interactions complexes entre les signaux circadiens, les signaux environnementaux et les signaux métaboliques », selon l’étudiante diplômée Ana Cristina Zepeda et ses collègues de l’Université et de la recherche de Wageningen. . Ils défient les modélisateurs d’inclure le stockage de carbone actif dans leurs simulations dans un nouvel article publié par en silicone Végétaux.
Dans l’article, les auteurs ont examiné les preuves expérimentales selon lesquelles l’accumulation et la remobilisation du carbone dans les plantes changent continuellement en réponse au statut carbone de la plante, qui dépend à son tour fortement des facteurs environnementaux tels que la température ou la lumière. Ils ont mis en évidence deux mécanismes physiologiques clés pour le stockage du charbon actif :
La répartition des assimilats entre les sucres solubles et l’amidon. A l’échelle journalière, les assimilats sont répartis en saccharose pour les besoins immédiats de la journée et en amidon pour répondre aux besoins en carbone de la nuit suivante.
La dégradation et la remobilisation de l’amidon. À l’échelle quotidienne, pendant la nuit, l’amidon est dégradé en sucres solubles pour soutenir le métabolisme et la croissance. A l’échelle saisonnière, les réserves de glucides dans les bassins de stockage (par exemple, les racines) sont mobilisées pour le remplissage des grains ou au printemps pour la formation de nouvelles talles ou la repousse.
Les auteurs ont ensuite passé en revue les mécanismes physiologiques qui permettent aux plantes d’accumuler et de remobiliser le carbone et les façons dont le stockage du carbone est actuellement inclus dans les modèles de croissance des cultures. À partir de là, ils ont identifié les lacunes dans les connaissances qui doivent être comblées pour représenter avec précision le stockage du carbone dans les modèles de simulation des cultures. Les auteurs ont fait les recommandations suivantes :
- Pour simuler un pool dynamique de stockage de charbon actif, placez l’apport de carbone issu de la photosynthèse sur un pool de stockage temporaire (un état supplémentaire) qui sera ensuite réparti entre différents organes puits comme les feuilles, les fruits ou le stockage lui-même. Ceci est opposé à la structure classique où la croissance est le résultat net de l’apport quotidien de carbone provenant de la photosynthèse brute moins la perte de carbone dans la respiration
- Pour inclure avec précision un pool de carbone dynamique, associez des modèles biochimiques décrivant les sucres solubles et le métabolisme de l’amidon à des modèles de croissance de plantes entières.
- Pour modéliser avec précision la croissance, incluez l’effet des fluctuations de température et de lumière sur l’activité du puits (pas seulement la photosynthèse).
Enfin, les auteurs ont démontré comment l’inclusion d’un réservoir de carbone dynamique dans les modèles de croissance offre une représentation plus réaliste de l’allocation du carbone et des schémas de croissance dans des conditions de stress en comparant la sortie de trois modèles qui ne diffèrent que par l’inclusion d’un réservoir de carbone. Cet exercice a montré que l’inclusion d’un pool de carbone dynamique dans les modèles de croissance offre une représentation plus réaliste de l’allocation du carbone dans des conditions de stress abiotique (par exemple, une allocation plus élevée au stockage dans des conditions de puits limités) et un effet plus réaliste sur la croissance. motifs.
Zepeda conclut que « l’inclusion de pools d’amidon et de saccharose séparés pour représenter un pool » actif « dans les modèles de croissance peut augmenter le niveau de détail et la robustesse des modèles. Ceci est particulièrement important car les simulations peuvent être utilisées pour guider l’amélioration des cultures dans des conditions environnementales fluctuantes, telles que le changement climatique.
LIRE L’ARTICLE:
Ana Cristina Zepeda, Ep Heuvelink, Leo FM Marcelis, Le stockage du carbone dans les plantes : un tampon pour les fluctuations temporelles de lumière et de température, Plantes in silico2022, diac020, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac020
