Une rencontre dans une forêt entre un biologiste et un mathématicien pourrait conduire à des arbres à croissance plus rapide.

"Les mathématiciens aiment traduire les processus biologiques en nombres, " a déclaré Andreï Smertenko, professeur adjoint à l'Institut de chimie biologique de l'Université de l'État de Washington. "Je suis biologiste, et je veux aider à devenir plus fort, de meilleurs arbres."

La sélection des arbres est un domaine chronophage et imprécis, les éleveurs se fiant à quelques marqueurs génétiques et à ce qu'ils peuvent voir. Il leur faut des années avant de voir les traits qu'ils recherchent chez un jeune arbre.

Pour aider à accélérer les choses, Smertenko et ses collègues du département de mathématiques de la WSU, Vladyslav Oles et Alexander Panchenko, ont développé un nouveau modèle qui pourrait aider à rendre la sélection des arbres beaucoup plus facile.

Comment les hormones, les gènes ont un impact sur la croissance h

Le groupe s'est rencontré il y a trois ans lors d'une fête dans une forêt et a commencé à parler d'arbres, L'intérêt de Smertenko. Cette rencontre fortuite a finalement conduit au modèle, qui vient d'être publié dans la revue PLOS Un sous le titre "Modélisation du contrôle hormonal de la prolifération du cambium".

« Croissance radiale, ou épaisseur, est connu pour être contrôlé par de nombreuses hormones, " a déclaré Smertenko. "Mais comment chaque hormone contribue à la croissance radiale reste mal comprise. Le modèle simule donc l'impact des interactions entre les hormones et les gènes clés sur la croissance radiale."

Les calculs nécessitent une évaluation systématique de millions de situations différentes dans les cellules, il a dit. Essentiellement, le modèle exécute des milliards de simulations d'interactions génétiques pour prédire quels arbres sont susceptibles de produire plus ou moins de bois au fur et à mesure de leur croissance.

Le modèle se concentre sur le cambium

Le modèle se concentre sur la compréhension des processus moléculaires dans le cambium, un type de cellule souche qui peut détecter la disponibilité des nutriments dans le sol et l'activité photosynthétique dans les pousses. Cambium intègre ces signaux à la hauteur de la plante pour produire la quantité de bois requise à chaque saison de croissance, dit Smertenko.

"Le bois est très cher à produire pour un arbre, du point de vue des ressources, " at-il dit. " Allouer trop de ressources à la production de bois limiterait à terme le potentiel de reproduction des plantes. Et nous ne pouvons actuellement pas mesurer ou étudier le cambium dans une plante vivante car il cesse de fonctionner dès que nous faisons quoi que ce soit à la plante.

"Donc, si nous ne pouvons pas observer le tissu directement, alors faire un modèle mathématique est la meilleure solution que nous ayons jusqu'à présent, " il a dit.

Cambium contrôle la croissance des arbres et, pendant la saison active, il se divise rapidement. Si vous regardez les cernes annuels d'un arbre, la partie claire reflète une activité cambium plus élevée, comme au printemps, et les anneaux plus foncés sont des périodes de croissance lente, comme en hiver.

Le modèle identifie les lignées de sélection

Dans une population d'arbres génétiquement diversifiée, les sélectionneurs peuvent utiliser les informations du modèle pour voir quels arbres sont les plus susceptibles de produire plus de bois.

"Certains éleveurs peuvent vouloir des arbres plus maigres, ou des arbres plus épais, " Dit Smertenko. " D'un point de vue scientifique, notre modèle peut être utilisé pour identifier différentes lignées d'élevage avec une production de bois plus ou moins élevée."

Jusque là, le modèle ne fonctionne que sur les feuillus, comme le chêne ou le peuplier, et non sur les conifères, comme le pin ou le sapin, parce que le processus de croissance est mieux compris dans les arbres à feuilles caduques, dit Smertenko.