MuSCA: a multi-scale model to explore carbon allocation in plants
| Autor: | Reyes, Francesco, Pallas, Benoît, Gianelle, Damiano, Pradal, Christophe, Vaggi, Federico, Zanotelli, Damiano, Tagliavini, Massimo, Costes, Evelyne |
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| Přispěvatelé: | Fondazione Edmund Mach - Edmund Mach Foundation [Italie] (FEM), Fonctionnement et conduite des systèmes de culture tropicaux et méditerranéens (UMR SYSTEM), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre International de Hautes Etudes Agronomiques Méditerranéennes - Institut Agronomique Méditerranéen de Montpellier (CIHEAM-IAMM), Centre International de Hautes Études Agronomiques Méditerranéennes (CIHEAM)-Centre International de Hautes Études Agronomiques Méditerranéennes (CIHEAM)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Free University of Bozen-Bolzano, Architecture et Fonctionnement des Espèces Fruitières [AGAP] (AFEF), Amélioration génétique et adaptation des plantes méditerranéennes et tropicales (UMR AGAP), Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro), DASB Sustainable ecosystems & bioresources, Centro Ricerca e Innovazione, Modeling plant morphogenesis at different scales, from genes to phenotype (VIRTUAL PLANTS), Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Inria Sophia Antipolis - 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Méditerranée (CRISAM) |
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2018 |
| Předmět: |
0106 biological sciences
Scale (ratio) Computation Sink pommier Apple tree Source 010603 evolutionary biology 01 natural sciences modèle structure fonction compétition source puits Tree growth allocation du carbone Multiscale tree graph Multi scale Mathematics Plant growth FSPM MuSCA Vegetal Biology architecture de l'arbre Plant architecture Apple Carbon allocation Functional - structural plant modeling Coherence (statistics) [SDV.BV.BOT]Life Sciences [q-bio]/Vegetal Biology/Botanics [INFO.INFO-MO]Computer Science [cs]/Modeling and Simulation modélisation multi échelle Tree structure Orders of magnitude (time) analyse multiéchelle Spatial ecology Biological system Scale model Biologie végétale 010606 plant biology & botany |
| Zdroj: | Annals of Botany, . (2019) |
| Popis: | Background and aimsCarbon allocation in plants is usually represented at a specific spatial scale, peculiar to each model. This makes the results obtained by different models, and the impact of their scale of representation, difficult to compare. In this work we developed a Multi Scale Carbon Allocation model (MuSCA) that can be applied at different, user-defined, topological scales of a plant, and used to assess the impact of each spatial scale on simulated results and computation time.MethodsModel multi-scale consistency and behavior were tested by applications on three realistic apple tree structures. Carbon allocation was computed at five spatial scales, spanning from the metamer (the finest scale, used as a reference) up to 1st order branches, and for different values of a sap friction coefficient. Fruit dry mass increments were compared across spatial scales and with field data.Key ResultsThe model showed physiological coherence in representing competition for carbon assimilates. Results from intermediate values of the friction parameter best fitted the field data. For these, fruit growth simulated at the metamer scale (considered as a reference) differed from about 1% at growth unit scale up to 35% at first order branch scale. Generally, the coarser the spatial scale the more fruit growth diverged from the reference and the lower the obtained within-tree fruit growth variability. Coherence in the carbon allocated across scales was also differently impacted, depending on the tree structure considered. Decreasing the topological resolution reduced computation time up to four orders of magnitude.ConclusionsMuSCA revealed that the topological scale has a major influence on the simulation of carbon allocation, suggesting that this factor should be carefully evaluated when using different carbon allocation models or comparing their results. Trades-off between computation time and prediction accuracy can be evaluated by changing topological scales. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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