+ (1 - Agropolis Fondation

Fruit Virtuel
Ecophysiologie de la qualité des fruits
Michel Génard
Plantes et Systèmes de culture Horticoles (PSH)
INRA - Avignon
Fruit Virtuel pour :
- Synthétiser nos connaissances
- Hiérarchiser les processus impliqués dans la qualité et
analyser leurs interactions
- Produire des outils utiles pour l’analyse des contrôles
environnementaux, agronomiques & génétique de la
qualité
Qui?
Ecophysiologie: Plusieurs groupes en France (réseau
“qualité” du département EA) et à l’étranger (Chine,
Mexique, Chili):
Tomate, pêche, mangue, clémentine, raisin et kiwi
Génétique: Tomate et pêche (GAFL Avignon)
Informatique & Modélisation:
PSH & HortResearch (Nouvelle-Zélande)
Quelle qualité et quels processus?
Flux d’eau et
de carbone
La qualité
• Taille
• Qualité gustative
(sucres-acides)
•Valeur santé
(caroténoïdes, vit. C)
•Texture
Croissance
Métabolisme
sucres &
acides
Division
Endoreduplicatio
n
Grandissement
Respiration
Transpiration
CO2
Métabolisme
II
µnutriments
Maturation
(C2H4)
Dynamique des Populations:
Multiplication cellulaire et endoréduplication
ti-1
ti
ti+1
cycle n° i
τ
2
c
4
c
8
c
1ρi
1
N1(i1)
ti+2
cycle n° i+1
τ
2
β
N1(i)=2βi
i
N12(i-1)
2βi
1
+1
Ng(i+
1)
1
1
N1(i+
1)
N1(i+
2)
ρi
2
τi1
interphases G
1-βi
σi
1
ρi+1
(1σi1)
N2
Gi
N2
Gi
4
σi
2
τim
N4
Gi
τi2
(1σi+11)
N2Gi+
2
(1σi2)
N4
Gi
mitose
σi+1
4
(1σi+12)
N4Gi+
i+1
8
σi
(1σi3)
N8
Gi
3
τi3
1
N2G
1
2
N12(i
+2)
N8
Gi
τi4
1
1
6
σi
(1σi4)
N16
Gi
4
N16
τi5Gi
3
2
σi
(1σi5)
N32
Gi
5
N32
τi6Gi
256
c
temp
s
cycle n° i+2
τ
6
4
σi
6
(1σi6)
N64
Gi
τi7
1
2
8
Physique: Theorie de l’expansion cellulaire
Irreversible PLASTIC
variations in volume
(Lockart 1965)
dV/dt = φ . V . (Pf - Y)
Cell wall extensibility
0,015
-1
-1
(MPa h )
0,020
0,010
0,005
0,000
250
450
650
850
1050 1250
Degrés Jours Après Floraison
Short-term
reversible
ELASTIC
Variations
+ (1 / ε). V . (dPf / dt)
Modèles à compartiments :
métabolisme des sucres
Sucrose
k1(t)
k1(t)
λph
Glucose
C supply
1- λph
Fructose
k2(t)
Sorbitol
k3(t)
synthesis
Other
compounds
k4(t)
CO2
Fruit virtuel: couplage des modèles
Masse fraiche
g
fruitvirtuel.exe
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
0
250
500
750
1000
1250
Heu res
Con ce n t rat ion sacch ar ose
Modèles
1 source/modèle
Code C++
7
6 .5
6
5 .5
%
5
4 .5
4
3 .5
2 .5
2
1 .5
0
250
500
.
.
.
750
1000
Et hylene
PALM1 , coupleur modèles
C++
3 .5 0 E-0 0 4
3 .2 5 E-0 0 4
3 .0 0 E-0 0 4
2 .7 5 E-0 0 4
2 .5 0 E-0 0 4
2 .2 5 E-0 0 4
2 .0 0 E-0 0 4
1 .7 5 E-0 0 4
1 .5 0 E-0 0 4
1 .2 5 E-0 0 4
1 .0 0 E-0 0 4
7 .5 0 E-0 0 5
5 .0 0 E-0 0 5
2 .5 0 E-0 0 5
0 .0 0 E+ 0 0 0
0
250
500
750
1000
Heu res
ex: graphiques
entrées.ini
texte
1
Cerfacs: www.cerfacs.fr/globc/PALM_WEB/
gestion: échange données, multiprocesseurs
1250
Heu r es
mol m-3
Croissance
• Sucres
• Ethylène
• Citrate
• Potassium
• Malate
• Respiration
•
3
.
.
.
sorties.csv
texte
1250
Le futur avec les MIPSSE
Deux axes:
- Vers la biologie intégrative et la génétique
- De la grosse cellule aux tissus
Vers la biologie intégrative
Transcriptomique
Protéomique
Flux d’eau et
de carbone
Croissance
Métabolisme
sucres &
acides
Division
Endoreduplicatio
n
Grandissement
Respiration
Métabolomique
Transpiration
CO2
Métabolisme
II
µnutriments
Maturation
(C2H4)
QTLs de paramètres
Fruit virtuel
Flux d’eau et
de carbone
PSH-GAFL
GL1
Croissance
Métabolisme
sucres &
acides
Division
Endoreduplicatio
n
Grandissement
Respiration
Métabolisme
II
µnutriments
Maturation
(C2H4)
Transpiration
CO2
0
AG109
6
CFF5
11
AG102
20
22
26
CFF14
CFF7
CFF2
35
40
PC78
CFF19
47
PC102
58
PC30
67
68
AG29
CFM7
75
80
84
PC35
CFM12
CFF18
96
100
104
CFF17
AG44
FG79
116
119
CFF9
CFM6
128
AC18
GL7
0
5
Masse
CFF8
CFM3
14
mp6
23
CC63b
28
31
CFF11
AG104
43
46
48
mp22
CFF10
CC132
11
Le futur avec les MIPSSE
Deux axes:
- Vers la biologie intégrative et la génétique
- De la grosse cellule aux tissus
Du modèle « grosse cellule » aux tissus
Localisation, hétérogénéïté et structure des tissus
- jutosité
- couleur - eau-sucres
- tissus
- maladies
comestibles
- texture
Du modèle « grosse cellule » aux tissus
Rôle fonctionnel des tissus
Vaisseaux->transport eau, C, minéraux
Résistance et plasticité
de l’épiderme/cuticule
-> croissance, cracks
graines
-> hormones
Conductance de la cuticule
-> transpiration
-> éthylène,…
Du modèle « grosse cellule » aux tissus
Croissance des tissus
Comment simuler la croissance individuelle des cellules
dans une population?
- Couplage de modèles de dynamique de population de cellules
et de modèles de croissance cellulaire
- Prise en compte de l’espace
MERCI