UMR SAGAH – ANGERS Sciences Agronomiques Appliquées à l’Horticulture INRA – INH – Univ. d’Angers Vers un rosier virtuel en 3D pour intégrer les interactions plante-environnement-génotype dans la mise en place de l’architecture

Projet quadriennal SAGAH 2008-2011 Représentation virtuelle profession Qualité esthétique Descripteurs visuels Génét. Jeune plante Plante adulte Architecture Descripteurs architecturaux Environ. Lois d’action Point1 Facteurs Point3 Modèle dynamique et fonctionnel de l’architecture du rosier Modélisations (probabiliste et fonctionnelle) Etudes physiologiques et moléculaires Gènes candidats Point2 GenHort Variabilité génétique de la réponse environnementale Cartographie des gènes candidats les plus pertinents Déterminisme génétique de l’architecture BIOLOGIE INTEGRATIVE Nous vous présentons la diapo synthétique de notre projet pour ce quadriennal, présentée à la dernière évaluation collective Une jeune plante ORNEMENTALE devient une plante adulte sous l’effet des facteurs génétique et environnemental Elle est caractérisée par une qualité esthétique, et ses descripteurs, et une architecture, et ses descripteurs; ces deux propriétés n’étant pas forcément liées : des archi différentes peuvent donner des QE similaires Parmi les facteurs de l’environnement, plusieurs sont testés en fonction de la littérature et de nos compétences : Lumière, température, nutrition azotée et restriction hydrique A moyen terme un seul facteur sera choisi pour les études aux différentes échelles abordées Des lois de réponses ou lois d’action seront mises en évidence entre ce facteur et l’élaboration de l’architecture de la plante Les lois d’action seront réalisés sur des modèles simples (plantes avec des axes d’ordre 2) avant d’être extrapolées à des plantes avec des architectures plus complexes Les études physiologiques et moléculaires permettent de tester des hypothèses fonctionnelles et de donner du sens aux lois d’action mises en évidence Nous collaborons avec nos collègues généticiens de GenHort qui étudient en particulier le …………… et la ……, pour arriver à colocaliser des gènes candidats avec les QTLs associés à l’architecture Les lois d’action seront intégrées dans un modèle dynamique pour qu’il soit aussi fonctionnel La représentation virtuelle est capitale puisqu’elle permet d’avoir une représentation réaliste de la plante, ce qui est important en ornement quand on s’intéresse à la qualité esthétique Cette représentation permet de vérifier que la mise en place des organes est bien comprise Cela permet d’intégrer les réponses à l’environnement et à terme les connaissances des génotypes Enfin c’est un outil indispensable pour discuter et convaincre la profession L’objectif finalisé à terme est d’arriver à simuler des itinéraires techniques pour produire des plantes de formes innovantes

En partant d’une bouture (fig En partant d’une bouture (fig. 1) et allant jusqu’à un rosier ayant des axes d’ordre 3, (définir les ordres 1 et 2 à partir des figures 2 et 3) deux chantiers ont été lancés quasi-simultanément. Un premier consacré à l’implémentation d’un modèle de croissance de rosier en utilisant les L-systèmes Un second consacré à la description expérimentale de la croissance du rosier

Les modules botaniques entre-nœud : feuille : apex végétatif / floral : / pédoncule : fleur / fruit : / bourgeon principal / secondaire : / A : A1 A2 Initiation des phytomères par l’apex B : B1 Développement d’un phytomère (élongation de l’entre-nœud et de la feuille) Initiation de l’organogenèse florale C : C1 … Le modèle implémenté a considéré : Les modules botaniques suivants (l’encadré) Et les règles suivantes (lire les différentes étapes) Avant de montrer une simulation du modèle implémenté, on va présenter quelques uns des résultats expérimentaux intermédiaires obtenus (l’analyse des données n’est pas achevée). On arrive à décrire les cinétiques de certains organes de manière assez satisfaisante. Cependant, les coordinations n’ont pas encore fait l’objet d’études approfondies. Les règles C (organogenèse florale) et E (transformation d’un bourgeon principal en apex) n’ont pas trouvé de réponse expérimentale satisfaisante. Donc on va présenter A, B et D D : D1 D2 D3 Développement de la fleur E : E1 Transformation d’un bourgeon en apex

Initiation des phytomères par l’apex entre-nœud : feuille : apex végétatif / floral : / pédoncule : fleur / fruit : / bourgeon principal / secondaire : / 6 7 8 9 10 11 12 13 Phytomers number 20 30 40 Frequency Fig. 2 (N=34) : Phyllochrone estimé par 25°Cj (4 premières feuilles) 43°Cj (à partir de la 5ème feuille). 100 200 300 400 Thermal time since budbreak (°Cd) 2 4 6 8 10 12 Number of leaves Fig. 1 (N=125) : Le nombre de phytomères varie de 6 à 13.

Développement d’un phytomère B : B1 entre-nœud : feuille : apex végétatif / floral : / pédoncule : fleur / fruit : / bourgeon axillaire / collatéral : / Elongation en temps thermique de la foliole A d’où sont déduites toutes les autres élongations (relations allométriques indépendantes du temps) suivant le rang du phytomère suivant le type foliaire Elongation de l’entre-nœud suivant le rang du phytomère A Le phytomère est paramétré par la longueur de l’entre-nœud et la longueur de la foliole A. Une première expérience a permis de déterminer des relations (linéaires) entre la longueur de la foliole A et : les longueurs / largeurs des autres folioles la longueur du rachis … Ces relations étant stables dans le temps, la vitesse d’élongation de la foliole A suffit à déduire les vitesses d’autres composantes de la feuille. La vitesse d’élongation de l’entre-nœud a été mesurée indépendamment de celle de la foliole A (donc de la feuile).

Développement de la feuille Décrire de façon précise les courbes. On se restreint aux plantes à 11 phytomères dont la séquence type est : 0 0 0 5 5 7 7 7 5 3 3 On commence à partir de la feuille 4 (les 3 premières sont des feuilles stipulaires). Si on omet la dernière foliole, plus on monte plus la longueur finale de la foliole A est grande. Longueur de la foliole A en fonction du temps thermique pour chaque rang de phytomère correspondant (N=14 plantes à 11 phytomères).

Développement de l’entre-noeud Elongation de l’entre-noeud pour chaque rang de phytomère (N=14 plantes à 11 phytomères).

Développement de la fleur entre-nœud : feuille : apex végétatif / floral : / pédoncule : fleur / fruit : / bourgeon axillaire / collatéral : / Axe 1 (N=70) Temps thermique depuis le débourrement (°Cj) Bouton floral visible 299 ± 12 Couleur pétales visible 518 ± 13 Sépales à l’horizontale 628 ± 12 Fleur épanouie 673 ± 11 Fleur fanée 729 ± 10

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Animation

Conclusion En cours Moyen terme Analyse des données et valorisation Paramétrage du modèle implémenté se basant sur ces résultats Comparaison critique avec modèle de Wagenigen Moyen terme Loi de réponse à la lumière (projet de thèse, plusieurs génotypes ) Confirmer si c’est bien 4 génotypes

Merci pour votre attention Rosa hybrida cv Sangria ® cv Lovely Meilland ® cv Tchaïkovski ® cv Knock Out ® Rosa chinensis cv Old blush ® Exemples Rosa wichurana Des rosiers de jardin