L’intégration de la fonction végétale à l’échelle d’un organe peut simuler la plasticité phénotypique des plantes.

Le changement climatique modifiera la disponibilité des ressources qui affectent la performance des plantes. Les plantes réagissent à ces changements par le biais de changements de phénotype (c’est-à-dire de traits). La capacité des génotypes individuels à produire différents phénotypes lorsqu’ils sont exposés à des conditions environnementales uniques est appelée plasticité phénotypique. Comprendre les réponses plastiques est essentiel pour prédire et gérer les effets du changement climatique sur les plantes. La modélisation informatique donne un aperçu des interactions plante-environnement et de la plasticité phénotypique.

Romain Barillot et ses collègues, chercheurs à l’Institut national de l’agriculture, de l’alimentation et de l’environnement (INRAE), ont utilisé un modèle informatique pour explorer les processus qui sous-tendent la morphogenèse des pousses – le processus biologique qui fait que les pousses développent leur forme.

Le blé produit généralement de nombreuses branches (c’est-à-dire des chaumes), mais le phénotype monochaume est présent chez les plantes qui n’ont pas le ou les gènes de contrôle de la ramification. L’utilisation de monochaumes permet aux chercheurs de se concentrer sur la simulation de la plasticité de la croissance des feuilles sans avoir à penser aux règles de biais d’émergence des talles. Pour cette raison, les auteurs ont adapté CN-Wheat, un modèle mécaniste qui intègre pleinement la morphogenèse des pousses et le métabolisme du carbone (C) et de l’azote (N) à l’échelle des organes, dans une représentation tridimensionnelle de l’architecture végétale, pour contrôler la croissance. .

Selon Barillot et ses collègues, « la plasticité des feuilles dans les modèles de graminées précédents est définie par des données empiriques, limitant ainsi la capacité des plantes à répondre au large éventail de nouvelles conditions de croissance prédites par le changement climatique. Ce qui est unique à propos de CN-Wheat, c’est qu’il reflète explicitement le rôle de l’économie du carbone et de l’azote de la plante entière dans son interaction avec les conditions environnementales. Le modèle utilise des boucles de rétroaction entre l’acquisition de carbone et d’azote et les réponses aux concentrations de métabolites pour piloter la morphogenèse, nous permettant d’explorer mécaniquement la réponse des plantes en croissance dans un large éventail d’environnements. « 

Les auteurs ont utilisé le CN-Wheat modifié pour explorer l’influence de la morphogenèse dans différentes conditions de croissance sur la plasticité des principales caractéristiques foliaires. Des simulations ont été menées avec des plantes poussant sous une gamme de densités de plantation interactives, de concentrations d’azote dans le sol et de rayonnement photosynthétique actif, qui est la lumière disponible pour la photosynthèse. Les auteurs évaluent ensuite les dimensions, la biomasse, la surface foliaire spécifique et la teneur en azote de la plante.

Figure 1. Plante entière : effet du rayonnement photosynthétique et actif de l’azote du sol sur la pousse : masse racinaire sèche.

Les auteurs ont trouvé que le modèle était une simulation de plasticité phénotypique réaliste pour la disponibilité de la lumière de contraste et la fertilisation N. (Fig. 1) et une émergence plus rapide des feuilles, et, au niveau des feuilles, des feuilles plus épaisses et plus larges (Fig. 2). De plus, en réponse à l’augmentation de la concentration d’azote dans le sol, la simulation du modèle, au niveau de la plante entière, diminue avec la diminution : .2).

Figure 2. Niveau de la notice : effet du rayonnement photosynthétique et actif de l’azote du sol à la largeur et à la masse maximales par zone de lame 8.

Ces résultats montrent que la fonction des plantes peut être intégrée à l’échelle d’un organe simulé, en tant que propriété émergente de la plasticité phénotypique des plantes dans des conditions contrastées de lumière et d’azote.

Enfin, précise Barillot, « CN-Wheat fournit une description originale et explicite des processus sous-jacents à la morphogenèse, offrant de nouvelles possibilités pour lier la plasticité phénotypique de la plante à son statut métabolique C et N au lieu et au moment de son développement. Ces niveaux d’intégration uniques font de CN-Wheat un bon outil pour explorer le fonctionnement des plantes dans des environnements contrastés et ouvrent de nouvelles possibilités pour prendre en compte les interactions génotype-environnement. « 

LIRE L’ARTICLE:

Marion Gauthier, Romain Barillot, Bruno Andrieu, Simuler la plasticité phénotypique de l’herbe comme propriété émergente des réponses des zones de croissance aux métabolites du carbone et de l’azote, dans les usines de silos, 2021, diab034, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diab034


Ce manuscrit fait partie de la version spéciale de Silo Plant Functional Structural Plant Model.

Rédacteur, Auteur, Journaliste | Plus de publications

Gabriel Durant est un journaliste et écrivain français spécialisé dans la région Occitanie. Né dans la ville de Perpignan, Gabriel a toujours été passionné par l'histoire, la culture et la langue de la région. Après avoir étudié la littérature et le journalisme à la Sorbonne, il a commencé à écrire pour le site web Vent d'Autan, où il couvre un large éventail de sujets liés à l'Occitanie. En plus de son travail de journaliste, Gabriel est également un romancier accompli.

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