Mettez des lunettes de mathématicien et regardez une plante. L'objectif de la modélisation fonctionnelle-structurelle des plantes (FSPM) est de comprendre la croissance et le développement des plantes en modules (par exemple des organes ou des groupes d'organes) tout en interagissant avec leur environnement.

Drs Gaëtan Louarn et Youhong Song à l'Université agricole d'Anhui (Chine) passé en revue le développement de FSPM sur deux décennies, contribuer à un nouveau numéro spécial of Annals of Botany journal. Les scientifiques ont discuté des réalisations, des principaux défis et ont défini de nouveaux horizons et opportunités pour FSPM à l'avenir. Les chercheurs affirment que le FSPM n'a pas encore atteint son plein potentiel en termes de mise à l'échelle des modèles d'une seule usine à la modélisation de communautés entières pour les organes souterrains et aériens. De nombreux articles précédents de Botany One ont souligné des études récentes utilisant FSPM, telles que simuler la croissance du manguier et prédire son rendement, croissance des racines du riz en réponse aux engrais et Croissance des arbres en relation avec le déficit hydrique du sol et l'assimilation du carbone.

L'approche FSPM trouve son origine dans James White en 1979 et après des décennies d'élaboration des méthodes et des normes de calcul, Guédon et ses collaborateurs ont établi les premières méthodes de simulation de plantes « virtuelles » répondant à leur environnement en 2001. Les différents modèles mécanistes sont basés sur des régulations trophiques carbonées ou sur l'intégration de signalisations non trophiques.

Les FSPM intègrent des modèles allant du gène au niveau communautaire et leurs interactions avec les environnements abiotiques. Source: Louarn et Chanson, 2020

Alors que le FSPM a d'abord été préconisé pour lier le génotype et le phénotype des plantes, des progrès supplémentaires sont nécessaires. Comme les modèles FSP sont très complexes et que le développement de la plate-forme est coûteux, ils ne sont pas souvent open source. Louarn et Song soulignent la nécessité d'une meilleure communication et d'un plus grand partage de données, ainsi que d'une mise à l'échelle des modèles d'usines individuelles à des communautés végétales. Les modèles pourraient simuler la façon dont les plantes interagissent entre elles, ce qui pourrait être extrêmement utile pour modéliser des champs ou des vergers entiers.

Certaines des études récentes soulignées discutées par Louarn et Song portent sur placement de la lampe pour les tomates dans les serres (À gauche), différents systèmes de conduite des plants de vigne (milieu) et modèle d'allocation de carbone multi-échelle (MuSCA) pour les pommiers (droite).

"L'intérêt des FSPM en écologie va au-delà de la dynamique des communautés végétales et aborde également les questions des interactions des plantes avec les organismes à différents niveaux trophiques des écosystèmes, y compris les systèmes hôte-pathogène, les relations plantes-insectes et les réponses des communautés végétales à l'herbivorie. Bien que moins développés, de tels modèles pourraient contribuer à l'avenir à approfondir notre compréhension des réponses intégrées des plantes aux stress biotiques et abiotiques combinés », ont écrit Louarn et Song.

«En tant que communauté multidisciplinaire relativement jeune, la communauté FSPM doit encore trouver comment éviter le piège d'être trop complexe dans ses approches tout en offrant une généralité limitée», concluent les auteurs.