La canne à sucre est une plante unique car elle accumule des glucides sous forme de saccharose dans sa tige. Le saccharose est extrait et utilisé dans l'industrie alimentaire ou fermenté pour produire de l'alcool. La canne à sucre est la culture la plus produite au monde – plus de 1,800 XNUMX millions de tonnes métriques par an.
Quelques facteurs influencent la quantité et le taux d'accumulation de saccharose tels que les conditions environnementales, la gestion agricole et la biochimie.
A nouvelle étude publiée dans in silico Les plantes des chercheurs de l'Université de Stellenbosch capturent de manière réaliste l'accumulation de saccharose de la canne à sucre en améliorant une modèle cinétique existant.
"Les modèles précédents d'écoulement de phloème se rapprochaient généralement du tube à tamis comme d'un cylindre avec chargement de soluté à une extrémité et déchargement à l'autre", selon l'auteur correspondant, le professeur Johann Rohwer.
La nouvelle version combinait (1) le chargement et le déchargement sur toute la longueur du tube tamis et (2) un réseau de réaction couplé où les métabolites pouvaient être impliqués dans des réactions catalysées par des enzymes, transportés entre les compartiments et/ou transportés sur de longues distances dans un milieu fluide.
La première étape de la construction du modèle consistait à décrire la géométrie. La tige de canne à sucre a été divisée en un certain nombre de volumes finis pour inclure les nœuds et les entre-nœuds. Sur chacun de ces volumes, un certain nombre de compartiments ont été définis : source/feuilles (uniquement aux nœuds), phloème, cytosol du parenchyme de stockage (symplast), et vacuole.
Le transport du saccharose entre les compartiments a été décrit à l'aide du comportement d'advection-diffusion-réaction (ADR) modélisé avec des équations aux dérivées partielles (PDE). Cela a permis de décrire le mouvement des molécules comme advection (avec des solutés transportés par le flux de masse, qui est généré par un gradient de pression osmotique) et/ou la diffusion (dû à un gradient de concentration). Une modélisation cinétique détaillée des réactions biochimiques décrit l'interconversion des métabolites dans les différents compartiments.
Malgré la simplicité du modèle mis à jour, plusieurs caractéristiques du métabolisme des plantes observées expérimentalement ont pu être reproduites. Le modèle a montré une accumulation de saccharose dans les vacuoles des cellules du parenchyme de la tige et a en outre pu démontrer la régulation à la hausse de la photosynthèse en réponse à un changement de la demande de puits.
Ce cadre rigoureux et quantitatif peut constituer la base de futures modélisations et conceptions expérimentales.
A un article complémentaire des mêmes auteurs présente une analyse de sensibilité du modèle.
Le code, les données et les instructions pour configurer l'environnement de calcul sont disponibles en tant que matériel supplémentaire.
