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La phyllotaxie est l'arrangement des feuilles autour de la tige d'une plante. Le schéma phyllotactique des plants de riz est une phyllotaxie distique : les feuilles sont disposées en deux colonnes verticales sur les côtés opposés de la tige.
La phyllotaxie distique peut se présenter sous différentes formes tridimensionnelles : chez le riz cultivé, les feuilles opposées poussent en deux colonnes verticales formant une structure en éventail. Chez les espèces sauvages apparentées au riz cultivé, les feuilles opposées sont disposées de manière alterne, formant une structure radiale horizontale.
Une compréhension des mécanismes qui contrôlent l'architecture végétale du riz permettra non seulement de comprendre l'adaptation des plantes aux environnements environnants, mais aussi de faciliter la sélection de variétés de riz à plus haut potentiel de rendement.
Yoshiki Tokuyama, étudiant diplômé du Plant Breeding Laboratory de l'Université d'Hokkaido, et ses collègues au Japon, ont mené un projet de recherche pour découvrir les mécanismes des motifs foliaires radiaux chez le riz. Pour ce faire, ils ont comparé les schémas de croissance du riz sauvage et cultivé avec différentes formes de plantes.
Les auteurs ont déployé plusieurs méthodes pour comparer ces lignées :
- phénotypage temporel détaillé - les angles d'élévation et d'azimut des chaumes ont été mesurés manuellement tous les 1-2 jours,
- tomographie micro-calculée tridimensionnelle (micro-CT) - une technique d'imagerie 3D utilisant des rayons X pour voir à l'intérieur d'un objet, tranche par tranche,
- et la modélisation informatique pour analyser les mécanismes de développement au niveau des organes.
À partir des données de phénotypage et de micro-CT, les auteurs ont pu déterminer que les changements d'angle d'élévation dans le chaume principal et d'angle d'azimut dans les talles primaires (une talle est une branche issue de la base de la plante) contribuent à la forme radiale développement.
Les auteurs ont utilisé la modélisation informatique pour comprendre les mécanismes qui produisent le mouvement principal des tiges et des talles et la forme radiale subséquente du riz sauvage. Selon Tokuyama, "La simulation informatique nous permet de trouver suffisamment de facteurs pour expliquer les mouvements de chaume et de les manipuler indépendamment." Les mouvements ont été simulés comme contrôlés par trois facteurs cinématiques : descente contrôler la dénivellation du chaume principal, propagation contrôler le mouvement des talles primaires, et ascension contrôler l'augmentation de l'élévation du chaume principal et des talles primaires.
Les modèles informatiques ont prédit qu'une combinaison de mouvements, y compris celui contrôlé par (ascension) gravitropisme négatif, produit la forme radiale globale. Le gravitropisme est le processus par lequel les plantes peuvent ressentir l'attraction gravitationnelle et ajuster la direction de croissance de leurs organes en conséquence.
"Nous avons émis l'hypothèse que l'un des facteurs contrôlant le mouvement ascendant du modèle est le gravitropisme négatif. Cependant, le gravitropisme négatif n'a jamais été analysé chez le riz sauvage », explique Tokuyama.
Les auteurs ont évalué expérimentalement comment le gravitropisme négatif affecte la forme radiale de la plante de deux manières. Ils ont cultivé une souche sauvage avec des pots inclinés à 45° pour déterminer si la direction modifiée de la gravité affectait les mécanismes de croissance des talles et des chaumes. Aucune des quatre plantes cultivées à 45° n'avait une forme de plante radiale. Lorsqu'ils sont cultivés à 90 °, les nœuds près de la base ont réagi au stimulus de gravité et ont augmenté la taille de leur côté inférieur, les faisant pousser vers le haut, confirmant le gravitropisme négatif dans la souche de riz sauvage. Cet article démontre qu'un modèle cinématique peut expliquer les mécanismes de modification de la forme des plantes à phyllotaxie distique dans le cadre de leur adaptation au milieu environnant.
