Un défi pour la modélisation des plantes est de capturer la variation du phénotype, la forme physique et le moment du développement, à partir d'un ensemble stable de règles. Les plantes peuvent être considérées comme un ensemble de blocs de construction, les phytomères. Les phytomères sont une feuille et un entre-nœud, une longueur de tige allant d'une feuille à l'autre. En effet, les phytomères se répètent dans la plante. Si vous pouvez modéliser la façon dont les plantes construisent des phytomères, vous avez le début de la modélisation du développement d'une plante.

Les modèles ont supposé que le développement de la pousse entière était dirigé par le taux d'apparition des feuilles, et cela dépend du temps thermique. Plus il fait chaud, moins il faut de temps pour que les feuilles apparaissent. Vidal et Andrieu ont examiné cela et ont trouvé un problème. L'apparence des feuilles résulte en fait de l'extension des feuilles, ce n'est donc pas un moyen direct de caractériser le développement des pousses. Ils ont travaillé avec le maïs sur un ensemble révisé de règles pour améliorer la modélisation des plantes.

« Le maïs est aussi à la fois une plante modèle en phytologie et une culture économique importante. Cela signifie que beaucoup de données sont disponibles dans la littérature et à l'inverse de nouvelles données/connaissances intéressent une large communauté », explique le co-auteur Bruno Andrieu. Il ajoute également qu'il possède certaines caractéristiques qui le rendent très utile pour vérifier les modèles. "C'est une grande plante, donc facile à disséquer et à mesurer la taille des feuilles ou des entre-nœuds au tout début de leur croissance."

Vidal et Andrieu ont développé travail de Junqi Zhu et ses collègues, (dont Bruno Andrieu faisait partie). Ce travail a posé les principes de la relation entre le temps thermique et l'émergence des feuilles. « Parmi les modèles existants basés sur des règles de coordination, le modèle proposé par Zhu et al. (2014) pour le maïs est la plus complète, étant la seule qui couvre les stades végétatif et reproducteur du développement des plantes et considère à la fois l'extension des feuilles et des tiges », écrivent Vidal et Andrieu.

La clé est le progrès du développement des phytomères. La plante se développe en ajoutant ces unités au fur et à mesure de son développement et le développement des phytomères suit des schémas réguliers. Un bon modèle sera capable de générer ces motifs en tant que propriétés émergentes. Si vous y parvenez, vous identifierez certains des mécanismes critiques de la croissance d'une plante. Vidal et Andrieu se sont penchés sur ces étapes répétitives et ont renversé une hypothèse importante dans leur modèle. « Vous pouvez voir des plantes produire des rythmes réguliers comme si elles se comportaient comme une horloge. Dans les modèles habituels, cela est formalisé comme des plantes « obéissant » à une horloge. Cependant, avec ce modèle, nous proposons que le corps de la plante lui-même soit une horloge. Ce qui est intéressant, c'est qu'en se comportant comme une horloge, les plantes produisent de beaux motifs de taille », explique Andrieu.

Bien que le modèle ne soit pas encore prédictif, Vidal et Andrieu écrivent "... plusieurs entrées, telles que les RER [taux d'allongement relatifs] de la lame, des entre-nœuds et de la gaine, pourraient être considérées comme des variables pilotées par l'état de la plante au lieu d'être des paramètres d'entrée. " Ce seraient des facteurs entraînés par les nutriments et l'eau, a déclaré Andrieu.

Alors que le maïs est la plante modèle, Andrieu dit que cette approche peut être adaptée à d'autres graminées. "Si vous pensez que le modèle assemble un ensemble de mécanismes, alors la plupart d'entre eux se sont avérés exister pour diverses espèces de graminées. Et je ne connais pas d'exemple où l'un des mécanismes aurait été rejeté. Le maïs est simplement aujourd'hui l'espèce pour laquelle l'ensemble de preuves le plus complet a été recueilli.

Chez la plupart des graminées, la coordination n'a été étudiée que pour les premiers stades de croissance et en se concentrant sur les feuilles, tandis que chez le maïs, des données ont été collectées pour l'ensemble du cycle de croissance, y compris les entre-nœuds. Nous disposons de données inédites sur le blé pour le cycle complet, qui concordent avec celles du maïs. Il est certain que la plupart des espèces de graminées suivent la plupart des règles. Cela laisse place à certaines variations à certains endroits, qui restent à identifier.

Le modèle utilise une caractéristique commune aux graminées qu'elles partagent avec d'autres monocotylédones, explique Andrieu. « Une spécificité des graminées et des monocotylédones est que les jeunes organes poussent cachés dans un pseudotronc. L'émergence se produit assez tard dans leur développement.

« L'émergence est un événement clé dans notre modèle. Elle déclenche des changements majeurs dans le comportement de croissance. Ceci est cohérent avec le fait que l'émergence correspond à un changement dramatique instantané de l'environnement perçu par les tissus, en termes de lumière, d'humidité, de composition du milieu gazeux, de contrainte mécanique, etc.

"Chez les dicotylédones, il n'y a pas de pseudotronc, donc les organes en croissance sont exposés à l'environnement extérieur à un stade beaucoup plus précoce de leur développement."

Ainsi, bien que ce modèle s'applique aux monocotylédones, il ne peut pas être facilement transféré à un modèle dicotylédone. « Les dicotylédones produisent également des rythmes et des motifs réguliers, mais ils sont plus diversifiés. Le modèle d'un monocotylédone est certainement quelque chose à avoir en tête, mais ce serait plus qu'une simple transposition.

Andrieu dit que le mécanisme, qui évalue la longueur des feuilles et des entre-nœuds le long de la pousse, sera utile à d'autres modélisateurs. "L'une des implications est que la façon dont un phytomère est impacté par les conditions de croissance ne dépend pas seulement des conditions perçues par le phytomère, mais aussi de la taille du verticille dans lequel il pousse. Ainsi, la taille du verticille devrait être parmi les variables à être recueillies et incluses dans l'analyse des réponses. Des comparaisons simples entre différentes conditions ne peuvent être faites qu'entre des plantes ayant la même dimension de verticille.

"Une implication connexe est que lorsqu'un stress dure sur une longue période, cela se traduit par un plus petit verticille, qui à son tour, entraîne des feuilles ou des entre-nœuds plus petits, même si le stress s'est arrêté. La spire est une sorte de mémoire, qui impacte le potentiel de croissance des jeunes organes.

La mémoire créée par le stress est un exemple de «l'horloge» de la plante qui modifie la vitesse de son pendule métaphorique. "Si nous passons à la modélisation, cela montre la limitation qui découle de l'approche très utilisée dans laquelle il y a un a priori taille potentielle des organes avec un stress agissant en réduisant la croissance en dessous du potentiel. La taille potentielle est construite dynamiquement par la plante. Considérant un a priori Le potentiel est certainement une source importante d'inexactitude des modèles actuels lors de l'examen des réponses aux contraintes.

Cette différence, que la plante définit son propre potentiel au fur et à mesure de sa croissance, est un sujet qui intrigue Andrieu. « Un projet de recherche intéressant serait d'intégrer, de manière simplifiée, cette idée dans des modèles de culture. En effet, en décrivant les cultures non pas comme ayant un potentiel prédéfini qu'elles essaient de suivre, mais comme construisant dynamiquement leur potentiel. Cela rendrait les modèles plus flexibles et plus fidèles aux vraies plantes.