L’écorce joue un rôle essentiel pour les arbres : elle empêche la perte d’eau, constitue une barrière contre les insectes et les maladies et offre une isolation contre les températures extrêmes.
Les humains utilisent l'écorce dans une variété de produits en raison de sa structure unique. Par exemple, le liège épais et léger est couramment utilisé pour les bouchons de bouteilles de vin, les revêtements de sol, les panneaux de liège et les flotteurs de pêche. L'écorce fibreuse peut être transformée en corde et tissée en textiles. Depuis l'Antiquité, l'écorce fine est utilisée pour fabriquer du papier et du tissu.
L'écorce est la partie la plus externe de la tige des plantes ligneuses. Les tiges sont composées de couches de tissus ayant des fonctions différentes :
- xylème – transporte l'eau et les nutriments
- cambium vasculaire – tissu méristématique qui produit le xylème (à l'intérieur) et le phloème à l'extérieur
- phloème – transporte les sucres et autres produits métaboliques
- phellogène – tissu méristématique qui produit les cellules de liège (vers l'extérieur)
- phelloderme – couche protectrice interne de tissu liégeux
- phellem – couche externe protectrice liégeuse du tissu
L'écorce est généralement composée de phloème (écorce interne), d'une ou plusieurs couches de phellogène, de phelloderme et de phellem (écorce externe).
Les stimuli biomécaniques, constitués de forces physiques et de signaux mécaniques, affectent la croissance des tissus et des cellules de la tige, influençant ainsi le développement de l'écorce. Les cellules du cambium vasculaire se divisent en xylème et en phloème, tandis que le phellogène donne naissance au phellem et au phelloderme, ce qui entraîne une croissance radiale et une expansion de la tige qui crée une pression vers l'extérieur et tangentielle sur les tissus environnants. Cette tension et cette pression internes servir de stimulants qui peut affecter la division et la différenciation cellulaires ultérieures, en régulant les taux de division et d'élongation cellulaires.
À mesure que la tige vieillit et que son diamètre augmente, les changements dans l'organisation des tissus compliquent l'évaluation de la manière dont ces stimuli affectent la différenciation et l'activité des tissus méristématiques. Par conséquent, les modèles informatiques sont essentiels pour comprendre l'influence des stimuli biomécaniques sur la formation de l'écorce.
En tant qu'étudiant à la maîtrise à l'Universidad Politécnica de Madrid, Álvaro Gutiérrez-Climent a rejoint une équipe pour développer MODELBARK, un modèle informatique capable de simuler la formation d'écorce au fil du temps. Une description du développement et des caractéristiques de ce modèle a été récemment publiée dans in silico Les plantes.
Le développement du modèle a commencé par des travaux de microscopie. Les chercheurs ont analysé les caractéristiques anatomiques de l'écorce des jeunes plants et des chênes-lièges adultes (Quercus sublime), chênes verts (Q.ilex) et leurs hybrides par microscopie. Ces données ont été utilisées pour déterminer le temps d'apparition du premier phellogène et pour déterminer les coefficients mécaniques des différents tissus.
MODELBARK est un outil simple mais puissant pour modéliser la croissance secondaire radiale des tiges d'arbres au niveau cellulaire. Le modèle simule la croissance d'une tige ligneuse à partir d'une seule cellule du cambium vasculaire. Au fur et à mesure que cette cellule du cambium se divise, de nouvelles cellules sont ajoutées par étapes de temps séquentielles. La formation de l'écorce dépend de la résistance du tissu externe à la pression exercée par le tissu interne en expansion. Les propriétés mécaniques qui influencent cette résistance, telles que l'élasticité et la cohésion entre les cellules voisines, varient en fonction du type de tissu.
Les stimuli biomécaniques peuvent provoquer des changements dans le développement des cellules, conduisant à la formation de tissus spécialisés. Contrairement au cambium vasculaire, qui reste actif tout au long de la vie de l'arbre, un nouveau phellogène se forme dans une position plus interne après un an ou plus, rendant le précédent inactif. Ce processus important est représenté dans le modèle : lorsque la pression dépasse la résistance, elle provoque la formation du premier phellogène et des suivants. Les différences dans la structure anatomique de l'écorce entre les différentes espèces proviennent des variations dans les taux de division du cambium vasculaire et du phellogène, ainsi que des propriétés mécaniques du tissu externe.
MODELBARK est capable de simuler le développement de différents types d'écorce en tenant compte des facteurs clés influençant l'anatomie de l'écorce. En ajustant des paramètres tels que les taux de division cellulaire, l'épaisseur des tissus et les valeurs de résistance, les auteurs ont réussi à reproduire diverses formations d'écorce.
Ce modèle offre des informations précieuses sur les mécanismes de formation de l’écorce. Cette compréhension peut aider les chercheurs à étudier la manière dont les arbres s’adaptent aux changements climatiques et se protègent contre les ravageurs et les maladies.
MODELBARK dispose d'une interface intuitive et est disponible gratuitement, ce qui le rend idéal pour une utilisation éducative.
LIRE L'ARTICLE:
Álvaro Gutiérrez-Climent, Juan Carlos Nuño, Unai López de Heredia, Álvaro Soto, ModelBark : un modèle de jouet pour étudier la formation de l'écorce des espèces ligneuses, in silico Plants, Volume 6, Numéro 2, 2024, diae017, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diae017
MODELBARK, ainsi que son manuel, sont disponibles en téléchargement gratuit à partir du référentiel de logiciels GitHub (https://github.com/GGFHF/ModelBark) sous la licence publique générale GNU v3.0.
