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Entre 50% de la population mondiale dépend du riz pour son alimentation quotidienne. À cet égard, l'amélioration du rendement du grain de riz est l'un des domaines les plus importants dans le domaine de la recherche rizicole.
Le riz est l'une des plantes les plus sensibles à la sécheresse en raison de son petit système racinaire, de sa fine cire cuticulaire et de sa fermeture rapide des stomates. Une meilleure compréhension des changements induits par la sécheresse dans le riz est essentielle pour guider une production rizicole durable face au changement climatique.
Chun Yue Maurice Cheung, professeur adjoint de sciences au Yale-NUS College à Singapour et Rahul Shaw, boursier postdoctoral à l'Université Radboud aux Pays-Bas ont collaboré à un projet visant à examiner l'effet de la sécheresse sur la croissance, le rendement et les processus métaboliques du riz.
"À ce jour, il n'y a pas eu beaucoup de progrès concernant directement les paramètres liés au climat, tels que le potentiel des eaux souterraines, à utiliser comme contraintes dans un modèle métabolique à l'échelle du génome", explique Cheung. "Ces paramètres sont présents dans les modèles de croissance des cultures, nous avons donc intégré deux types de modèles - l'analyse de l'équilibre des flux et la croissance des plantes - pour étudier les adaptations métaboliques aux changements climatiques."
Les modèles d'analyse de l'équilibre des flux se concentrent sur le comportement cellulaire interne en prédisant les activités des processus métaboliques tels que les mécanismes de conversion des nutriments et de l'énergie. Les auteurs ont mis à jour et utilisé les modèle métabolique existant à l'échelle du génome du riz (GSM) Os2384. Les modèles de croissance des plantes calculent les taux d'assimilation du carbone de la structure de la canopée et la production de biomasse spécifique aux organes sur une échelle de temps de quelques mois, en fonction de facteurs environnementaux tels que la sécheresse. Les auteurs ont utilisé WOrld FOod STudies (WOFOST) pour cette étude. L'intégration de ces modèles introduit des contraintes de biomasse spécifiques au jour pour chaque organe du modèle de croissance des plantes dans le modèle métabolique à l'échelle du génome pour déterminer les changements métaboliques quotidiens impliqués dans la croissance du riz, du semis au développement des graines dans des conditions normales et limitées en eau (Figure 1 ).
Les simulations ont montré que les plantes soumises à un stress limité en eau avaient des taux de croissance plus faibles et une période de croissance plus courte, ce qui entraînait une biomasse globale inférieure à la condition normale. La biomasse plus faible, à son tour, a réduit l'assimilation, le transport et le stockage du N et du C, ce qui a entraîné une baisse du rendement.
Pour découvrir les mécanismes de ces changements, les auteurs ont évalué la dynamique métabolique. La plupart des différences métaboliques ont été observées entre les deux conditions lors de la reproduction et du remplissage des grains, indiquant que ce sont les stades les plus sensibles au stress hydrique.
"L'analyse du métabolisme à différents stades de croissance du développement de la plante entière et sa comparaison entre les conditions de contrôle et de stress permettent aux chercheurs de mieux comprendre la plasticité métabolique des plantes et leurs adaptations au changement climatique, et d'identifier potentiellement des cibles d'amélioration", explique Cheung.
Cette approche peut être généralisée à toutes les espèces avec des modèles de croissance des cultures disponibles et des modèles métaboliques basés sur les contraintes.
Tous les scripts et modèles utilisés dans cette étude sont en libre accès et disponibles gratuitement sur : github.com/mauriceccy/rice-crop-fba-model
traduction espagnole par Lorena Marchant
