Un système racinaire efficace possède une architecture qui absorbe efficacement l’eau et les nutriments du sol et les transporte vers la pousse. L'architecture des racines est contrôlée par des aspects externes tels que les gradients d'eau du sol et des aspects internes tels que la quantité de glucides fournis à chaque pointe de racine.

Plusieurs facteurs clés influencent la quantité de glucides qui atteint les racines. Ceux-ci incluent la quantité de glucides créés et utilisés, ainsi que la facilité avec laquelle les glucides peuvent se déplacer dans la plante. La facilité de mouvement des glucides, qui est mesurée sous forme de résistance, est régulée par le diamètre des tubes criblés du phloème.

Déterminer expérimentalement les impacts indépendants de ces facteurs sur la croissance des racines constitue un défi. Cependant, un publication récente dans in silico Des plantes ont démontré comment la modélisation informatique peut être utilisée pour quantifier l'impact de la résistance du phloème sur la croissance des racines..

L'associé de recherche Xiao-Ran Zhou, de l'Institut des biosciences et des géosciences du Forschungszentrum Jülich et ses collègues ont utilisé une combinaison de modèles informatiques de plantes (CPlantBox et PiafMunch) pour aider à comprendre les résultats expérimentaux sur la manière dont les caractéristiques anatomiques locales du phloème influencent l'architecture du système racinaire.

Dans leur étude, les auteurs ont mené des simulations en manipulant la résistance du phloème dans les racines et ont examiné comment cela affectait la distribution locale des glucides dans les racines. Ils ont spécifiquement étudié l’impact sur la racine pivotante primaire et les racines latérales plus petites, qui s’étendent horizontalement ou en diagonale à partir de la racine pivotante, en les analysant séparément.

Dans une simulation, les chercheurs ont manipulé le diamètre du tube tamis de la racine pivotante de trois plantes, en le réglant à 50 %, 100 % ou 200 %. Dans une autre simulation, ils ont fixé uniformément le diamètre du tube criblé des racines latérales de trois plantes à 50 %, 100 % ou 150 %. Leurs résultats ont indiqué qu'à mesure que la résistivité du phloème d'une racine augmentait, les racines primaires et latérales connaissaient une réduction de la disponibilité des glucides, entraînant une diminution de la croissance des racines.

Les racines ayant une résistance plus élevée poussent moins longtemps que les racines ayant une faible résistance, comme le démontre la longueur de la racine.

Pour étudier l'impact des changements de rayon du phloème sur la croissance des racines dans l'ensemble du système racinaire ou localement, les chercheurs ont mené une simulation de trois plantes ayant des racines latérales avec des diamètres de tube criblé de racine pivotante hétérogènes de 50 %, 100 % et 150 %. Leurs résultats ont révélé que les modifications de la résistivité du tube criblé de la racine pivotante affectaient localement chaque racine individuelle, sans influencer les racines voisines.

Lors du mélange de racines avec différentes résistivités de phloème au sein d'un même système racinaire, la longueur finale est influencée par ces seules résistivités, et non par celles des racines voisines.

Ces expériences illustrent la corrélation directe entre l'anatomie du phloème et la limitation du flux de carbone en tant que facteur limitant le puits au sein de la plante. Lorsque la résistivité le long du trajet du flux de glucides devient excessivement élevée, cela entraîne une diminution du flux de glucides, ce qui a un impact sur la croissance des racines individuelles.

Zhou conclut : « ces résultats fournissent un premier exemple dans lequel les caractéristiques des racines individuelles au sein du système racinaire, telles que leur taux de croissance et leur longueur finale, ne sont pas prédéterminées mais apparaissent plutôt comme des propriétés émergentes du système. Cette découverte souligne l’importance d’intégrer des représentations plus flexibles du système racinaire dans les modèles informatiques.

LIRE L'ARTICLE:

Xiao-Ran Zhou, Andrea Schnepf, Jan Vanderborght, Daniel Leitner, Harry Vereecken, Guillaume Lobet, L'anatomie du phloème limite le développement de l'architecture du système racinaire : indices théoriques de in silico expériences, in silico Plants, Volume 5, Numéro 2, 2023, diad012, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diad012