Ces dernières années, la sécheresse a provoqué réductions significatives du rendement des cultures, et les projections indiquent que les sécheresses deviendront plus fréquentes et plus graves dans de nombreuses régions à l'avenir.

A étude Liming Xiong et ses collègues ont souligné que les progrès réalisés dans l'amélioration de la tolérance à la sécheresse des plantes cultivées grâce à la fois aux méthodes de sélection traditionnelles et aux approches génétiques modernes ont été entravés par la lenteur de la découverte des processus complexes sous-jacents à la tolérance à la sécheresse. En effet, la tolérance à la sécheresse est un caractère très complexe et les plantes disposent de nombreuses façons de réagir à la sécheresse.

De plus, l’impact de la sécheresse sur les plantes est influencé par divers facteurs, notamment son intensité, sa fréquence, sa durée et son timing. Par exemple, la sécheresse peut causer le plus de dégâts lorsqu'elle survient pendant les étapes critiques du développement des cultures, comme après la plantation ou pendant floraison.

En utilisant la modélisation informatique, les scientifiques peuvent démêler les interactions entre ces processus et mieux comprendre les causes de la réduction du rendement. Ces informations précieuses peuvent ensuite être utilisées pour atténuer les effets néfastes de la sécheresse en orientant les pratiques de gestion ou en facilitant le développement de plantes tolérantes à la sécheresse.

Mona Giraud, doctorante au Forschungszentrum Jülich, et collègues présenter la dernière implémentation de CPlantBox, un modèle convivial capable de simuler les effets de la sécheresse sur les plantes en in silico Plantes. CPlantBox, est un modèle structurel fonctionnel tridimensionnel d'usine (3D FSPM) présenté pour la première fois en 2020 par Xiao-Ran Zhou et ses collègues. Il est capable de simuler la croissance et le développement des plantes ainsi que le mouvement dynamique de l'eau et du carbone entre le sol, une plante en croissance et l'atmosphère.

La nouvelle version de CPlantBox étend ces capacités. L'incorporation de modules supplémentaires lui permet de mieux représenter les processus physiologiques et physiques. Par exemple,

• une extension du module analytique de débit d'eau à partir de la plante entière plutôt que seulement de la racine ;
• l'inclusion du débit d'eau du sol plutôt que de négliger cette variable ; et
• inclusion de modules couplés photosynthèse-transpiration-régulation stomatique plutôt que de négliger l'influence de leurs valeurs dynamiques sur les flux de carbone et d'eau.

En modifiant les interdépendances entre les modules, il offre une vitesse de calcul plus élevée et capture mieux les processus dynamiques d'une plante en croissance. Auparavant, il existait un couplage souple entre le modèle mécaniste des flux d'eau et de carbone et le modèle qui simule la croissance et le développement d'une plante. Cela signifie que les résultats du modèle de flux d’eau et de carbone ont été utilisés comme entrée dans le modèle de croissance et de développement à la fin de sa simulation. La mise à jour présente un mécanisme de couplage étroit qui permet au modèle de flux d'eau et de carbone de fournir des données de sortie en tant qu'entrée au modèle de croissance et de développement pour chaque pas de temps.

Pour tester le modèle, les auteurs ont simulé la croissance de plantes confrontées à des conditions de sécheresse à différents stades de développement. Le modèle a calculé avec succès les réponses de variables telles que le potentiel hydrique du xylème, la concentration de saccharose dans le phloème et la répartition du carbone à de petits intervalles de temps pour une plante à l'architecture complexe. Cependant, le niveau de concordance entre les résultats simulés et la littérature existante variait.

Néanmoins, les auteurs restent déterminés : ils estiment que tout écart entre leur modèle et d’autres résultats observés ou simulés est précieux car ils fournissent des informations précieuses sur les processus fondamentaux impliqués dans la façon dont les plantes réagissent à la sécheresse.

Dans les travaux futurs, les auteurs souhaitent intégrer des données supplémentaires d’étalonnage et de paramètres dans le modèle pour améliorer les prédictions de CPlantBox.

LIRE L'ARTICLE:

Mona Giraud et autres, CPlantBox : une plateforme de modélisation entièrement couplée des flux d'eau et de carbone dans le continuum Sol-Plante-Atmosphère, in silico Plants, 2023 ;, diad009, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diad009

Cet article fait partie de la Numéro spécial sur le modèle structurel fonctionnel de l'usine.

Le code CPlantBox utilisé pour exécuter les simulations est disponible sur https://github.com/Plant-Root-Soil-Interactions-CPlantBox/releases/tag/v2.0. Tous les fichiers utilisés pour exécuter les simulations et tracer les résultats sont également disponibles sur Zénodo.