Bien que n'étant pas particulièrement excitant à regarder, Oryza sativa (riz) est sans aucun doute l'une des plantes les plus importantes de la planète en tant que principale source de nourriture pour 3.5 milliards de personnes. Par conséquent, il existe un grand intérêt à tirer le meilleur parti de la culture des plants de riz, à la fois en maximisant le rendement des plantes et en les rendant aussi résistantes que possible aux stress qu'elles peuvent rencontrer. L'identification de la base génétique des caractères susceptibles d'augmenter le rendement du riz ou la résilience aux stress environnementaux est complexe, car ces caractères peuvent être produits par une combinaison de différents locus génétiques et ont une faible héritabilité. Cela est devenu plus facile ces dernières années en raison des progrès et de la plus grande disponibilité de la technologie génomique et de phénotypage. De plus, les progrès de ces techniques ont permis de mieux informer les in silico modèles (informatiques) de croissance et de développement des plantes.
De tels modèles sont intéressants car ils peuvent être capables de mesurer et de quantifier avec précision les réponses des plantes aux variations environnementales grâce à des pipelines d'analyse d'images, et d'indiquer comment les phénotypes des plantes réagissent aux variations environnementales. Les connaissances acquises à partir de ces modèles pourraient être utilisées pour optimiser activement les conditions de terrain et la modification ciblée des plants de riz afin de tirer le meilleur parti du riz sur le terrain. Dans une étude récente publiée Open Access en Journal de botanique expérimentale, Malachy Campbell et ses collègues modéliser la croissance des plants de riz en relation avec la disponibilité de l'eau, et utiliser ce modèle pour identifier les gènes candidats susceptibles d'être d'intérêt pour les études génétiques de la base de la réponse à la sécheresse chez le riz.
Campbell et ses collègues ont cultivé différentes accessions (variantes génétiques de la même espèce) de plants de riz et analysé leurs phénotypes sur une période de 21 jours à l'aide d'un logiciel d'analyse d'images automatisé. Certaines plantes ont été cultivées à 90 % de capacité au champ (100 % de capacité au champ étant le point auquel le sol est saturé d'eau) et d'autres n'ont pas reçu d'eau avant d'avoir atteint 20 % de capacité au champ. À partir des mesures qu'ils ont effectuées dans ces conditions de hautes et basses eaux, les auteurs ont produit une in silico modèle de croissance qui modélise la relation entre la biomasse des pousses et la teneur en eau du sol.
Une information que les auteurs tenaient particulièrement à obtenir de leur modèle est le temps d'inflexion (TOI) du taux de croissance en réponse à la sécheresse. En d'autres termes, le point après lequel la sécheresse commence à entraîner une réduction du taux de croissance. Il est important de noter que le modèle de Campbell et ses collègues constate que le TOI survient plus tôt pour les accessions de riz plus grandes et à croissance plus rapide qui connaissent la sécheresse que pour les petites accessions de riz à croissance plus lente. Cela confirme les travaux antérieurs sur le terrain montrant que les accessions de riz à croissance rapide, bien que souhaitables de certains points de vue, ont probablement le plus à perdre en période de sécheresse.
Le résultat le plus important de cette étude est peut-être l'identification des régions génétiques candidates qui peuvent influencer les réponses à la sécheresse des plants de riz. Pour ce faire, Campbell et ses collègues prennent des données génétiques connues sur les accessions de riz qu'ils utilisent et les appliquent à leur modèle. Conformément aux observations selon lesquelles de nombreux traits de croissance et de réponse des plantes sont liés à plus d'un locus génétique, Campbell et ses collègues ont identifié de nombreux loci ayant de faibles effets sur les réponses dynamiques à la sécheresse. Cependant, les auteurs ont systématiquement identifié certaines régions génétiques candidates ayant des effets plus importants sur les réponses à la sécheresse. Une de ces régions contient un gène connu pour être impliqué dans les réponses au stress dû au froid chez le riz. On ne sait pas si ce gène fonctionne également dans la réponse à la sécheresse, mais il convient de noter que le stress dû au froid peut également entraîner une faible disponibilité en eau.
En identifiant que les accessions de riz à croissance plus rapide souffrent probablement le plus rapidement de la sécheresse, ils soulignent l'importance d'essayer de résoudre ce problème à l'avenir. Comme l'indiquent Campbell et ses collègues : « D'autres études sont nécessaires pour déterminer si ces relations peuvent être découplées ou pour identifier l'équilibre optimal entre ces deux attributs ». Leurs travaux démontrent également, pour la première fois dans le riz, comment in silico les modèles peuvent donner des indications utiles sur les candidats génétiques susceptibles de mériter une enquête plus approfondie dans notre compréhension des réponses des plantes au stress dynamique. Le temps nous dira si l'un ou l'autre peut se rendre sur le terrain !
