Un desafío para el modelado de plantas es capturar la variación en el fenotipo, la forma física y el momento del desarrollo, a partir de un conjunto estable de reglas. Se puede pensar en las plantas como un conjunto de bloques de construcción, fitómeros. Los fitómeros son una hoja y un entrenudo, una longitud de tallo que va de una hoja a la siguiente. Efectivamente, los fitómeros se repiten en la planta. Si puede modelar cómo las plantas construyen fitómeros, entonces tiene el comienzo de modelar el desarrollo de una planta.

Los modelos han asumido que el desarrollo de todo el brote ha sido liderado por la tasa de aparición de hojas, y esto depende del tiempo térmico. Cuanto más cálido es, menos tiempo tardan en aparecer las hojas. Vidal y Andrieu han mirado esto y han encontrado un problema. La apariencia de la hoja en realidad resulta de la extensión de la hoja, por lo que no es una forma directa de caracterizar el desarrollo de los brotes. Han estado trabajando con maíz en un conjunto revisado de reglas para mejorar el modelado de plantas..

“El maíz es también una planta modelo en Fitotecnia y un importante cultivo económico. Esto significa que hay muchos datos disponibles en la literatura y, por el contrario, los nuevos datos/conocimientos son de interés para una gran comunidad”, dice el coautor Bruno Andrieu. También agrega que tiene algunas características que lo hacen muy útil para verificar modelos. “Es una planta grande, tan fácil de diseccionar y medir el tamaño de las hojas o el entrenudo al comienzo de su crecimiento”.

Vidal y Andrieu han desarrollado trabajo de Junqi Zhu y colegas, (de los cuales Bruno Andrieu era uno). Este trabajo estableció los principios de la relación entre el tiempo térmico y la emergencia de las hojas. “Entre los modelos existentes basados ​​en reglas de coordinación, el modelo propuesto por Zhu et al. (2014) para maíz es el más completo, siendo el único que cubre las etapas vegetativas y reproductivas del desarrollo de la planta y considera tanto la extensión de la hoja como del tallo”, escriben Vidal y Andrieu.

La clave es el progreso del desarrollo de los fitómeros. La planta se desarrolla agregando estas unidades a medida que se desarrolla y el desarrollo de los fitómeros sigue patrones regulares. Un buen modelo podrá generar estos patrones como propiedades emergentes. Si puede hacer eso, entonces estará identificando algunos de los mecanismos críticos en el cultivo de una planta. Vidal y Andrieu han estado observando estos pasos repetitivos y han dado la vuelta a una suposición importante en su modelo. “Puedes ver plantas produciendo ritmos regulares como si las plantas se estuvieran comportando como un reloj. En los modelos habituales, esto se formaliza como plantas que "obedecen" a un reloj. Sin embargo, con este modelo, proponemos que el propio cuerpo vegetal sea un reloj. Lo interesante es que al comportarse como un reloj, las plantas producen hermosos patrones de tamaño”, dice Andrieu.

Si bien el modelo aún no es predictivo, Vidal y Andrieu escriben "... varias entradas, como las RER [tasas de elongación relativas] de la hoja, el entrenudo y la vaina, podrían considerarse como variables impulsadas por el estado de la planta en lugar de ser parámetros de entrada". Estos serían factores impulsados ​​por los nutrientes y el agua, dijo Andrieu.

Si bien el maíz es la planta modelo, Andrieu dice que este enfoque se puede adaptar a otras gramíneas. “Si piensas que el modelo ensambla un conjunto de mecanismos, entonces se ha demostrado que la mayoría de ellos existen para varias especies de pastos. Y no conozco ningún ejemplo en el que uno de los mecanismos hubiera sido rechazado. Hoy en día, el maíz es simplemente la especie para la que se ha recopilado el conjunto de pruebas más completo”.

En la mayoría de las gramíneas, la coordinación se ha investigado solo en las primeras etapas del crecimiento, centrándose en las hojas, mientras que en el maíz se han recopilado datos para todo el ciclo de crecimiento, incluyendo los entrenudos. Disponemos de datos inéditos sobre el trigo para todo el ciclo, que coinciden con los del maíz. Ciertamente, la mayoría de las especies de gramíneas siguen la mayoría de las reglas. Esto deja margen para algunas alteraciones en algunos lugares, que aún no se han identificado.

El modelo utiliza una característica común a los pastos que comparten con otras monocotiledóneas, dice Andrieu. “Una especificidad de la hierba y las monocotiledóneas es que los órganos jóvenes crecen escondidos dentro de un pseudotallo. La emergencia ocurre bastante tarde en su desarrollo”.

“La emergencia es un evento clave en nuestro modelo. Desencadena cambios importantes en el comportamiento de crecimiento. Esto es consistente con el hecho de que la emergencia corresponde a un cambio dramático instantáneo en el entorno percibido por los tejidos, en términos de luz, humedad, composición del entorno gaseoso, restricción mecánica, etc.

"En las dicotiledóneas, no hay pseudotallo, por lo que los órganos en crecimiento están expuestos al ambiente externo en una etapa mucho más temprana de su desarrollo".

Entonces, si bien este modelo se aplicará a las monocotiledóneas, no se puede transferir fácilmente a un modelo dicotiledóneo. “Las dicotiledóneas también producen ritmos y patrones regulares, pero son más diversos. El modelo de una monocotiledónea es ciertamente algo a tener en cuenta, pero sería más que una simple transposición”.

Andrieu dice que el mecanismo, que evalúa la longitud de las hojas y los entrenudos a lo largo del brote, será útil para otros modeladores. “Una de las implicaciones es cómo un fitómero se ve afectado por las condiciones de crecimiento no depende solo de las condiciones percibidas por el fitómero, sino también del tamaño del verticilo en el que crece. Por lo tanto, el tamaño del verticilo debe estar entre las variables a considerar. recopilarse e incluirse en el análisis de las respuestas. Las comparaciones simples entre diferentes condiciones solo se pueden hacer entre plantas que tienen la misma dimensión de verticilo”.

“Una implicación relacionada es que cuando el estrés dura un período prolongado, esto da como resultado un verticilo más pequeño, lo que a su vez da como resultado hojas o entrenudos más pequeños, incluso si el estrés se ha detenido. El verticilo es una especie de memoria que afecta el potencial de crecimiento de los órganos jóvenes”.

La memoria que crea el estrés es un ejemplo del 'reloj' de la planta cambiando la velocidad de su péndulo metafórico. “Si vamos a la modelización, esto muestra la limitación que se produce a partir del enfoque tan utilizado en el que hay una a priori tamaño potencial de los órganos con estrés que actúa reduciendo el crecimiento por debajo del potencial. El tamaño potencial es construido dinámicamente por la planta. considerando un a priori El potencial es sin duda una fuente importante de inexactitud de los modelos actuales al considerar las respuestas a las tensiones”.

Esta diferencia, que la planta define su propio potencial a medida que crece, es un tema que intriga a Andrieu. “Un proyecto de investigación interesante sería integrar, de forma simplificada, esta idea en modelos de cultivos. En efecto, al no describir los cultivos como si tuvieran un potencial predefinido que intentan seguir, sino como si construyeran su potencial dinámicamente. Eso haría que los modelos fueran más flexibles y más fieles a las plantas reales”.