Mission INRA IGEC Interaction Génotype Environnement Conduite Le réseau IGEC (GAP – EA – MIA) Arnaud GAUFFRETEAU Céline RICHARD-MOLLARD Pierre ROUMET Hervé MONOD Séminaire méthodologie de conception et d’évaluation variétales Le 12/03/2010 à Paris

Le réseau IGEC : historique rapide Réseau IGE (A. Charcosset & F. Tardieu) : Objectif réflexif : apporter des réponses à des questions ponctuelles des départements et de la DS sur la thématique des IGE ; Moyens/Animation : petits groupes d’experts réunis autour d’une question précise. Structuration des actions de recherche sur la thématique des IGE Identification des besoins / Recrutements concertés Rédaction de la lettre de mission du réseau actuel Réseau IGEC (31/01/2008) : Objectif d’animation (technique et scientifique) autour de la thématique des IGEC.

Les missions du réseau (lettre de mission) Phénotypage à moyen et haut débit (échelle plante) Identification des besoins (outils informatiques, MO…) Mutualisation méthodologique (nouveaux concepts…) Caractérisation et valorisation des IGEC (échelle parcelle) Structuration des données expérimentales Caractérisation environnementale Intérêts et limites de modèles stat et écophysio pour analyser les essais variétaux Extrapolation des résultats dans des milieux virtuels Développement de BDD et d’outils statistiques et bioinformatiques permettant d’analyser et de caractériser les IGEC

Etape de structuration du réseau Discussions avec les départements pour clarifier leurs attentes Enquête diffusée au sein des départements EA, GAP et MIA pour identifier les membres : Description rapide des répondants Espèce(s) étudiée(s) Thématique de recherche Echelle phénotypique et génétique considérée Connaître leurs attentes et leur vision sur : Les thèmes à aborder Les actions prioritaires à mener La forme d’organisation, d’animation préférée

Améliorer la connaissance des actions sur le sujet des IGEC à l’INRA 95% des personnes ayant donné leur opinion pensent que la visibilité des recherches réalisées au sein de l’INRA sur l’analyse et la modélisation des IGEC est insuffisante Comment recenser les recherches passées et en cours sur l’analyse et la modélisation des IGEC ? Recensement exhaustif et mise à jour difficiles Description des thématiques de recherche des chercheurs impliqués dans le réseau IGEC basée sur l’enquête Nécessité d’élargir le réseau à d’autre départements, à d’autres organismes ? Comment les rendre visible ? Site internet pour le réseau IGEC : http://www.inra.fr/igec

Les axes de travail du réseau Département vs utilisateurs Départements Axe BdD : Nécessité d’un outil de base de données commun pour faciliter les échanges entre unités travaillant sur la thématique des IGEC. Axe UE : Valoriser la richesse humaine et environnementale des UE pour l’analyse des IGEC. Axe « modèles et modélisation » : Mutualiser les méthodologies/modèles disponibles pour analyser les IGEC et former les chercheurs à l’utilisation de ces outils. Utilisateurs Axe caractérisation du milieu : nécessité de caractériser finement le milieu de culture à l’échelle de l’essai et du réseau d’essai Axe phénotypage : mettre en place des outils pour aller plus vite et harmoniser les protocoles de mesure Axe analyse et modélisation : les méthodes les mieux adaptées pour passer des données recueillies à de la connaissance et éventuellement de la prédiction Axe changement d’échelle : Comment intégrer des résultats obtenus à des échelles et des niveaux d’organisation variés?

Les 3 axes de travail du réseau Axe « Bases de Données » Axe « Phénotypage et Caractérisation du Milieu » Axe « Statistiques, Modèles et Modélisation » Déterminer pour chaque axe : Des personnes référentes Des projets/outils/dynamiques structurantes Un mode de fonctionnement adapté

Axe Bases de données Soutien sur cet axe : Cyril Pommier (URGI) Constats : Bases de données pour pérennisation et valorisation régulière des données Multiplication des projets de BdD à des échelles plus ou moins locales Manque de visibilité des projets existants Objectifs du réseau : Communiquer sur les projets existants  Eviter les redondances Faire coexister les projets de base de données pertinents  Maximiser leur compatibilité

Axe Bases de données L’élément Structurant : projet Ephesis (Cyril pommier) Objectif : Organisation et stockage dans une base nationale de données phénotypiques, génétiques, environnementales et de conduite (protocole) acquises localement GnpArray GnpSeq GnpMap GnpSNP Siregal GnpProt GnpGenome Ephesis Aster Faciliter l’analyse des IGEC par l’interopérabilité avec l’ensemble des BdD développées à l’URGI

Axe « Base de Données » Les réalisations Session base de données durant la journée du 18/06/2010 animée par Cyril Pommier : Illustrer la diversité des projets de BdD existant à l’INRA Adonis : projet de saisie assistée [A. Gavaland, UE Auzeville] Phenopsis : Plateforme de phénotypage haut débit [J. Fabre, UMR Lepse Montpellier] Garicc : Système d'information géographique pour expérimentation en plein champ [M. Chouet, UMR Diapc Montpellier] Ephesis : base de données nationale : pérennisation et croisements de données [C. Pommier, URGI Versailles] Initiation d’une dynamique entre informaticiens développeurs et mainteneurs de BdD ayant trait aux IGEC Assurer une cohérence/interopérabilité entre les différentes initiatives

Axe « phénotypage et caractérisation du milieu » Soutien sur cet axe : Marie-Noël Mistou Objectifs : Travail sur la CARACTERISATION: Des milieux : conditions de culture explorées localement (essai) et globalement (réseau d’essais) Des génotypes au sein des essais : phénotypage moyen et haut débit Qui consiste à mettre au point et à partager des protocoles, des outils et des méthodes adaptés aux contraintes des essais et aux objectifs des chercheurs

Axe « phénotypage et caractérisation du milieu » Cayrac Rdt T° H2O RB Les éléments structurants : Outils/Modèles de caractérisation du milieu (Modèles d’estimation des ressources environnementales, Diagvar…) Réseau proxidétection (INRA, CEMAGREF, Universités) Plateformes de phénotypage (Phenodyn : organes plantules, PhenoArch : plantes individuelles, Diaphen : peuplement …) N. Vigneau (coll. INRA – Cemagref)

Constat : Sorties attendues : Axe « phénotypage et caractérisation du milieu » Projet Recherche et développement à construire avec les UE : Caractérisation dynamique des conditions environnementales au cours du cycle cultural Constat : Caractérisation environnementale nécessaire à l’analyse des IGEC Démarche existante dans certaines UE, mais mise en place sporadique besoin de mutualisation, validation, homogénéisation et quelques fois recherches nouvelles Sorties attendues : Développement d’outils normalisés pour suivre les ressources environnementales et le développement du couvert : gain de technicité des UE (pilotage) et meilleure connaissance du milieu Quantification de l’impact environnemental sur l’expression de la variabilité génotypique Réalisation de typologies environnementales : caractérisation du réseau d’essais

Axe « phénotypage et caractérisation du milieu » Organisation du travail Activité d’acquisition de connaissance Toutes UE & toutes les espèces : collecte de données - application des protocoles, outils et méthodologies validées Test à grande échelle Acquisition de compétences nouvelles Homogénéisation des mesures réalisées Typologie environnementale Activité de production de données Transmission des protocoles (mesures à réaliser) Formation aux outils … UE volontaires : Organisation / stress*espèce Indicateurs synthétiques pour quantification dynamique du niveau de chaque ressource environnementale Phases clefs du dev. du couvert végétal/stress environnementaux Journées d’échanges MESURES MODELES U(M)R : Appui méthodologique Source d’informations Retours sur les outils Adaptation des protocoles …

Axe « statistiques, modèles et modélisation » Soutien sur cet Axe : Nadine Hilgert (MIA) Besoin très fort exprimé par les membres du réseau Les méthodes nécessaires à la modélisation du fonctionnement de la plante en fonction du milieu La statistique, pour exploiter les données expérimentales et faire de l’inférence sur les modèles Enjeux importants Eléments structurants: Plateforme Record, Réseau EpiArch, ITN Virtual Plants…

Structuration de l’axe « Statistiques, Modèles et Modélisation » 2 types d’actions : Mise en œuvre et utilisation de méthodologies et d’outils existants Organisation de journées thématiques sur des besoins/attentes exprimées par les membres Possibilité de basculer sur des écoles chercheurs sur des thématiques nécessitant des approfondissements Développement de méthodologies innovantes Journées « production de connaissance » échange sur les projets et recherches en cours sur un thème précis Montage de projets nouveaux

Les réalisations de l’axe « Statistiques, Modèles et Modélisation » Le changement d'échelle dans l'étude des IGEC ou comment intégrer des informations et des connaissances à des niveaux d'organisation différents [Session du 18/06/2009] Utilisation d’approches écophysiologiques et de la modélisation biophysique de la plante pour la détermination de caractères phénotypiques complexes et l’analyse de l’interaction GxE [J. Lecoeur, UMR LEPSE]  Du phénotype au génotype : Interprétation des interactions avec l’environnement en termes d’adaptation [X.Lacaze, UMR DIAPC] Combinaison de différentes sources d’information par Bayesian melding : Application à la modélisation du LAI [D. Makowski, UMR Agronomie]

Les réalisations de l’axe « Statistiques, Modèles et Modélisation » Modélisation statistique de courbes de croissance pour l'étude de l'interaction génotype-environnement-conduites de culture [Session du 09/03/2010] Utilisation d’approches écophysiologiques et de la modélisation biophysique de la plante pour la détermination de caractères phénotypiques complexes et l’analyse de l’interaction GxE [Sabine Demottes - UMR SAGAH] Modélisation statistique de courbes de croissance, principes et mise en application [Nadine Hilgert - UMR MISTEA] Analyse du développement des pousses feuillées en relation avec des facteurs génétiques et environnementaux : Doit-on se focaliser uniquement sur l'analyse de l'expansion des organes? [Yann Guesdon - Virtual Plants, CIRAD] Modèle mixte non linéaire, application à la modélisation de processus dynamiques et prise en compte d'effets génotypiques et environnementaux [Hervé Monod - Unité MIA] Modélisation des interactions entre morphogenèse et relations sources-puits chez le colza cultivé au champ au moyen du solveur GreenLab [Alexandra Jullien - UMR EGC] Simulation de la dynamique du statut azoté d'une variété de blé tendre entre sortie hiver et floraison : application de la méthode de "filtre particulaire avec interaction" sur le modèle de prédiction Azodyn [Julie Berder - UMR Agronomie]

Des axes non indépendants les uns des autres « Base de Données » Traitement automatique données … Gestion de données haut débit … Projet UE … Axe « Statistiques, Modèles et Modélisation» Axe « Phénotypage et Caractérisation du milieu » filtre particulaire …

Conclusion Actions nombreuses et très dispersées à l’INRA Amélioration nécessaire de la visibilité des études ayant trait aux IGEC par : Site internet Organisation des échanges Construction de projet Pour : Mutualiser les connaissances Aider à la mise en place de collaborations Réseau récent : lancement des premières initiatives Besoin de répondant