L'observation directe permet de répondre à de nombreuses questions sur le développement des plantes. D'autres, tels que ceux impliquant l'effet des interactions au niveau moléculaire sur le développement et la forme, nécessitent également une modélisation informatique.

Dr David Holloway et Dr Carol Wenzel, tous deux du British Columbia Institute of Technology, utiliser la modélisation des plantes pour étudier la formation du réseau secondaire multi-veines dans les feuilles de dicotylédones dans leur récent in silico Article sur les plantes.

Les auteurs ont développé un modèle au niveau des feuilles qui simule la cinétique intracellulaire et membranaire et le transport intercellulaire. Avec lui, ils ont pu analyser la dépendance de la structuration des veines sur l'efficacité du flux d'auxine à travers les cellules.

L'auxine phytohormone est impliquée dans la régulation de la croissance des plantes et entraîne le développement vasculaire, formant des veines lorsqu'elle traverse la feuille. La direction du flux d'auxine est régulée par les transporteurs d'efflux cellulaire PIN-FORMED. Ces transporteurs sont localisés sur des côtés spécifiques des cellules et favorisent le pompage des molécules d'auxine à l'extérieur des cellules, dirigeant le flux. Il semble y avoir deux tendances générales dans l'interaction transporteur-auxine : une en haut du gradient allocation de transporteur où l'auxine se déplace vers les cellules voisines avec des concentrations élevées d'auxine, et un avec-le-flux allocation dépendante du flux d'auxine à travers les murs et loin des fortes concentrations d'auxine.

Les auteurs réunis en haut du gradient et avec-le-flux allocation pour créer un modèle de transport d'auxine à double polarisation. Ce mécanisme simule avec succès le développement normal des veines primaires et secondaires. Cela inclut les distributions de transporteur-auxine correspondant à l'initiation, l'extension et la canalisation d'une seule veine, ainsi que l'initiation synchronisée et séquentielle des veines secondaires, le contrôle de leur direction d'extension et la connexion des secondaires à la veine médiane (voir figure 1) .

Figure 1. Résultats calculés pour la vascularisation primaire et secondaire d'une feuille sur une période de 630 minutes. Code couleur : intensité verte, concentration d'auxine ; intensité rouge, concentration du transporteur d'efflux cellulaire PIN-FORMED ; flèches blanches, direction nette du flux d'auxine.

« Une fois que le modèle statique s'est révélé efficace, nous avons intégré la croissance et la division cellulaires. À partir de là, nous avons pu montrer comment la croissance peut étendre les schémas de nervation précoce de la résolution cellulaire (où la dynamique moléculaire joue un rôle) à l'ensemble de la feuille », explique Holloway.

Le rôle des transporteurs d'auxine dans l'extension des veines a été étudié plus en détail en modélisant l'inhibition chimique du transport de l'auxine. Les niveaux d'inhibition modérés et élevés simulés correspondent bien à ce qui est observé expérimentalement :

Une inhibition modérée a entraîné un passage de plusieurs sites d'initiation veineux distincts à de nombreux sites moins distincts ; un retard de canalisation veineuse ; connexion inhibée des nouvelles veines aux anciennes; et enfin perte de motifs dans la marge, perte d'extension de la veine et confinement de l'auxine à la marge (voir figure 2A vs 2B). Une inhibition élevée a entraîné la formation de plus de points de convergence de niveaux élevés d'auxine dans la marge que la normale, mais sans initier d'extension des veines (voir figure 2A vs 2C).

Figure 2. Effets (A) du transport normal de l'auxine, (B) de l'inhibition modérée du transport de l'auxine et (C) de l'inhibition élevée du transport de l'auxine. Code couleur identique à la figure 1.

Holloway conclut que «la modélisation des feuilles normales et inhibées par le transport nous a permis d'identifier la dynamique impliquée dans les changements de flux directionnel de l'auxine au cours du développement du réseau veineux secondaire. Nous avons découvert que le transport de l'auxine à l'échelle cellulaire produit des schémas vasculaires à courte portée et démontré que la croissance des feuilles peut être un mécanisme simple pour étendre les schémas à courte portée à l'échelle de la feuille mature.

LIRE L'ARTICLE:

David M Holloway, Carol L Wenzel, Dynamique du transport de l'auxine polaire de la structuration des veines primaires et secondaires dans les feuilles de dicotylédones, in silico Plants, 2021 ; diab030, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diab030