Quand il s'agit de se rencontrer l'augmentation prévue de 70 % de la demande alimentaire en 2050, estime le Dr Xinguang Zhu l'efficacité photosynthétique est une opportunité inexplorée d'augmenter considérablement le rendement. À l'appui de cela, deux études récentes rapportent 15 % et 40 % augmentation de la biomasse des cultures obtenue en manipulant l'efficacité photosynthétique.

Les objectifs de ces deux études ont été guidés par modélisation informatique. Les modèles de systèmes de culture, en considérant simultanément de nombreux composants en interaction dans un système complexe, peuvent être utilisés pour définir les combinaisons optimales de paramètres pour obtenir des rendements accrus grâce à une analyse d'optimisation ou pour identifier la cible la plus efficace à concevoir pour un rendement accru pour un cultivar particulier grâce à une analyse de sensibilité. .

Selon leur article de perspective récemment publié dans in silico PlantesZhu et ses coauteurs proposent que le développement de cultures à haut rendement puisse être accéléré en utilisant des modèles phénomiques, génomiques et systémiques en combinaison grâce aux avancées récentes dans ces trois domaines.

Le phénotypage à haut débit (HTP) produit des données d'une quantité et d'une qualité inégalées pour la paramétrisation et l'application des modèles. Le HTP fournit les données nécessaires à un modèle systémique complet, incluant (a) des traits morphologiques difficiles à suivre visuellement et de manière non destructive, comme la morphologie racinaire ; (b) l'évolution de la dynamique fonctionnelle et structurelle au fil du temps, par exemple pendant toute une saison de croissance ; et (c) les interactions plante-environnement.

À l'ère post-génomique, la sélection basée sur les marqueurs moléculaires, la sélection génomique et l'édition génomique sont devenues progressivement plus rapides et plus efficaces. Ces informations amélioreront la capacité des modèles de systèmes de culture à prédire le phénotype à partir du génotype. L'information génomique peut être intégrée aux modèles de systèmes par (a) la construction de fonctions de mappage entre les marqueurs moléculaires et les paramètres macroscopiques du modèle, ou (b) la construction d'un réseau de régulation génétique permettant de prédire directement le phénotype à partir du génotype.

Pour développer des modèles qui peuvent guider plus efficacement la sélection des cultures, les auteurs appellent à une intégration efficace du HTP, de la génomique et de la modélisation des systèmes, prolongeant les efforts en cours de développement d'une interface universelle qui peut permettre le développement d'un complet, multi-échelle et mécaniste modèle décrivant la biogenèse, la fonction, la croissance et la sénescence de chaque organe.