Une façon d'améliorer les rendements des cultures est d'améliorer la photosynthèse, mais comment les scientifiques peuvent-ils y parvenir ? Alexandrina Stirbet et ses collègues critiquent la modélisation mathématique comme outil d'étude de la photosynthèse, dans le cadre d'un numéro spécial sur la modélisation fonctionnelle-structurelle des plantes en Annals of Botany.

"La photosynthèse oxygénée est un processus très important, non seulement parce qu'elle est la source de notre nourriture, de nos fibres et de nombreuses substances utiles, mais aussi parce que presque toute la vie sur Terre en dépend, directement ou indirectement", écrivent Stirbet et ses collègues. "Les plantes, les algues et les cyanobactéries sont des photosynthétiseurs oxygénés qui utilisent l'énergie lumineuse pour générer des molécules organiques [par exemple, le glucose (C₆H₁₂O₆), sucres, amidon] à partir de dioxyde de carbone (CO₂) et de l'eau (H₂O) et libèrent de l'oxygène moléculaire (O₂) dans l'atmosphère.

Les auteurs suivent le processus photosynthétique, de la lumière fournissant l'énergie nécessaire pour extraire l'hydrogène de l'eau pour l'ajouter au dioxyde de carbone, jusqu'à la production de métabolites. Dans l'examen, ils donnent des exemples de la façon dont la modélisation a aidé à fournir des informations sur la façon dont les plantes s'adaptent à des environnements changeants.

"D'après les exemples discutés dans cette revue, il est évident que des modèles dynamiques correctement simplifiés mais complets de photosynthèse sont bien adaptés pour obtenir des informations sur la façon dont les organismes photosynthétiques font face à des conditions environnementales variables", écrivent les auteurs. « En effet, la modélisation est une méthode très efficace pour identifier les paramètres morphologiques et physiologiques importants d'un système biologique et pour trouver leurs valeurs optimales. De plus, en utilisant une plus grande variété de données expérimentales pour vérifier de tels modèles, les simulations peuvent conduire à des informations beaucoup plus significatives sur les principes d'organisation de l'appareil photosynthétique, qui peuvent également révéler des voies et moyens originaux pour améliorer l'efficacité photosynthétique des cultures végétales. …, en plus d'avoir un intérêt théorique. De plus, les modèles végétaux multi-échelles (également connus sous le nom de modèles de système végétal), qui intègrent quantitativement les processus physiques, biochimiques et physiologiques à différents niveaux organisationnels (par exemple, moléculaire, cellulaire, organe, plante, population ou écosystème), sont capables de prédire et les propriétés de croissance des plantes au-delà du métabolisme photosynthétique, et elles représentent le futur défi de la modélisation des plantes.