Um desafio para a modelagem de plantas é capturar a variação no fenótipo, a forma física e o tempo de desenvolvimento, a partir de um conjunto estável de regras. As plantas podem ser pensadas como um conjunto de blocos de construção, os fitômeros. Os fitômeros são uma folha e um interno de, um comprimento de caule que vai de uma folha a outra. Efetivamente, os fitômeros repetem a planta. Se você pode modelar como as plantas constroem fitômeros, então você começa a modelar o desenvolvimento de uma planta.

Os modelos assumiram que o desenvolvimento de toda a parte aérea foi liderado pela taxa de aparecimento de folhas, e isso depende do tempo térmico. Quanto mais quente, menos tempo leva para as folhas aparecerem. Vidal e Andrieu analisaram isso e encontraram um problema. A aparência da folha, na verdade, resulta da extensão da folha, portanto, não é uma maneira direta de caracterizar o desenvolvimento do broto. Eles têm trabalhado com milho em um conjunto revisado de regras para melhorar a modelagem de plantas.

“O milho também é uma planta modelo em Ciência Vegetal e uma cultura econômica importante. Isso significa que muitos dados estão disponíveis na literatura e, inversamente, novos dados/conhecimento são de interesse para uma grande comunidade”, diz o coautor Bruno Andrieu. Ele também acrescenta que possui algumas características que o tornam muito útil para verificar modelos. “É uma planta grande, fácil de dissecar e medir o tamanho das folhas ou entrenós logo no início do crescimento.”

Vidal e Andrieu desenvolveram trabalho de Junqi Zhu e colegas, (dos quais Bruno Andrieu era um). Este trabalho estabeleceu os princípios da relação entre o tempo térmico e a emergência das folhas. “Entre os modelos existentes baseados em regras de coordenação, o modelo proposto por Zhu et al. (2014) para o milho é o mais abrangente, sendo o único que abrange os estágios vegetativo e reprodutivo do desenvolvimento da planta e considera tanto a extensão da folha quanto do caule”, escrevem Vidal e Andrieu.

A chave é o progresso do desenvolvimento de fitômeros. A planta se desenvolve adicionando essas unidades à medida que se desenvolve e o desenvolvimento de fitômeros segue padrões regulares. Um bom modelo será capaz de gerar esses padrões como propriedades emergentes. Se você puder fazer isso, estará identificando alguns dos mecanismos críticos no cultivo de uma planta. Vidal e Andrieu observaram essas etapas repetitivas e modificaram uma suposição importante em seu modelo. “Você pode ver plantas produzindo ritmos regulares como se estivessem se comportando como um relógio. Em modelos usuais, isso é formalizado como plantas 'obedecendo' a um relógio. Porém, com este modelo, propomos que o próprio corpo da planta seja um relógio. O interessante é que, ao se comportar como um relógio, as plantas produzem belos padrões de tamanho”, diz Andrieu.

Embora o modelo ainda não seja preditivo, Vidal e Andrieu escrevem “… várias entradas, como RERs de lâmina, internódio e bainha [taxas de alongamento relativo], podem ser consideradas como variáveis ​​impulsionadas pelo status da planta em vez de serem parâmetros de entrada”. Esses seriam fatores impulsionados por nutrientes e água, disse Andrieu.

Embora o milho seja a planta modelo, Andrieu diz que esta abordagem pode ser adaptada a outras gramíneas. “Se você pensar no modelo como a montagem de um conjunto de mecanismos, a maioria deles provou existir para várias espécies de grama. E não conheço nenhum exemplo em que um dos mecanismos teria sido rejeitado. O milho é simplesmente hoje a espécie para a qual o conjunto de evidências mais completo foi coletado.”

“Na maioria das gramíneas, a coordenação foi investigada apenas nos estágios iniciais de crescimento e com foco nas folhas, enquanto no milho, os dados foram coletados para todo o ciclo de crescimento, incluindo os entrenós. Temos dados não publicados sobre o trigo para o ciclo completo, que são consistentes com os do milho. Certamente, a maioria das espécies de gramíneas segue a maior parte das regras. Isso deixa espaço para algumas alterações em alguns locais, que ainda precisam ser identificadas.”

O modelo usa uma característica comum às gramíneas que elas compartilham com outras monocotiledôneas, diz Andrieu. “Uma especificidade em gramíneas e monocotiledôneas é que os órgãos jovens crescem escondidos dentro de um pseudocaule. A emergência ocorre bem tarde em seu desenvolvimento.”

“A emergência é um evento chave em nosso modelo. Ela desencadeia grandes mudanças no comportamento de crescimento. Isso é consistente com o fato de que a emergência corresponde a uma mudança dramática instantânea no ambiente percebido pelos tecidos, em termos de luz, umidade, composição do ambiente gasoso, restrição mecânica e assim por diante”.

“Nos dicotiledôneas, não há pseudocaule, então os órgãos em crescimento são expostos ao ambiente externo em um estágio muito anterior de seu desenvolvimento”.

Portanto, embora esse modelo se aplique a monocotiledôneas, ele não pode ser facilmente transferido para um modelo de dicotiledôneas. “Os dicotiledôneas também produzem ritmos e padrões regulares, mas são mais diversos. O modelo de uma monocotiledônea é certamente algo a se ter em mente, mas seria mais do que uma simples transposição.”

Andrieu diz que o mecanismo, que avalia o comprimento das folhas e entrenós ao longo do broto, será útil para outros modeladores. “Uma das implicações é como um fitômero é afetado pelas condições de crescimento não depende apenas das condições percebidas pelo fitômero, mas também do tamanho do verticilo em que cresce. Portanto, o tamanho do verticilo deve estar entre as variáveis ​​a serem ser coletadas e incluídas na análise das respostas. Comparações simples entre diferentes condições só podem ser feitas entre plantas com a mesma dimensão do verticilo.”

“Uma implicação relacionada é que, quando um estresse ocorre por um longo período, isso resulta em um verticilo menor, o que, por sua vez, resulta em folhas ou entrenós menores, mesmo que o estresse tenha parado. O verticilo é uma espécie de memória, que impacta o potencial de crescimento dos órgãos jovens.”

A memória que o estresse cria é um exemplo do 'relógio' da planta mudando a velocidade de seu pêndulo metafórico. “Se formos para a modelagem, isso mostra a limitação que ocorre a partir da abordagem muito utilizada em que há uma a priori tamanho potencial dos órgãos com estresse atuando reduzindo o crescimento abaixo do potencial. O tamanho potencial é construído dinamicamente pela planta. Considerando um a priori potencial é certamente uma importante fonte de imprecisão dos modelos atuais ao considerar as respostas aos estresses”.

Essa diferença, de que a planta define seu próprio potencial à medida que cresce, é um tema que intriga Andrieu. “Um projeto de pesquisa interessante seria integrar, de forma simplificada, essa ideia em modelos de cultivo. Com efeito, não descrevendo as culturas como tendo um potencial pré-definido que procuram seguir, mas sim construindo dinamicamente o seu potencial. Isso tornaria os modelos mais flexíveis e mais fiéis às plantas reais.”