Intérêts des plateformes de modélisation pour améliorer l’application du modèle ecomeristem en appui au phénotypage et ideotypage Delphine Luquet (CIRAD, UMR AGAP, PAM) Jean Christophe Soulié (CIRAD, UMR AGAP, PAM) Christophe Pradal (CIRAD, UMR AGAP, VP) Eric Ramat (Univ. Du Littoral, LISIC)

Contexte UMR AGAP: Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes PAM (CIRAD): Plasticité, Adaptation des Monocotyledons Appui à la sélection variétale et ses nouveaux enjeux (riz, sorgho, canne, palmier) Changement climatique (eau, T°) Plantes pluri-usage (biomasse, sucre, grain. Bioénergie…) Complexité grandissante des idéotypes (adaptation, rendements)

Approche PAM Analyse du phénotype « plante entière »: performance vs plasticité morphogénèse, relations source-puits en assimilats C (eau, T°, rad) Allocation sucres structuraux vs réserves vs grains Caractères les plus influents et discriminants: phénotypage Combinaisons pertinentes de caractères: idéotypage Rôle central de la modélisation : étude d’un système complexe

Modélisation pour Formaliser les connaissances du système complexe, dynamique ‘plante’ Liens physiol. entre caractères (interactions, feedbacks) les effets mémoire (répercussion des effets d’un stress dans le tps) les processus discriminant les génotypes (normes de réaction & paramètres G) Appuyer le phénotypage Mise en évidence de caractères d’intérêt Utilisation des paramètres comme caractères phénotypiques cachés Explorer des idéotypes in silico Expériences de simulations, analyses de sensibilité Nb: définition de TPE (classif. environnements) en utilisant des modèles de culture

Modèle Ecomeristem Morphogénèse de la plante dans son peuplement (journalier) Plasticité phénotypique: régulation des relations source-puits (CHO) Fn(état nutritionnel de la plante): variables d’état hydrique, carboné Riz, sorgho, canne (cycle végétative validé; cycle complet testé) Topologie de la plante, taille, biomasse organes Pas de géométrie par défaut (pas de 3D)

Ecomeristem: morphogénèse du riz & sa plasticité Luquet et al. 2006; Dingkuhn et al. 2006 (FPB 32-4) Méristème : Régulation génétique & env. de l’initiation & dimension des organes 6 C resource manager Fn(plant density ‘big leaf’) ea, eb : rad° intercept°, convers° => supply (> or < to demand) => Reserve Expansion delay Senescence Thermal Time (Daily) Organ expansion Time: fn(plasto) Rate fn(final size, time) => Demand (g) fn(rate, SLA) X 5 Tillering fn(Ic, nb of buds) => Critical Ic, ICt Ic(i) = C Supply(i) Demand(i) 4 Supply = Daily assimilation Tx 3 1 Four leaves preformed Initial parameters Seed reserves, 1st leaf length, SLA (initial R/S ratio) Org(i) dimension Meristem Growth R. MGR MGR + Org(n-1) Leaf initiation Plastochron NB: root = bulk compartment Germination 2 Down-regulat° by Ic

Objectifs d’application Analytique Idéotypage Phénotypage Analyse de sensibilité Couplage avec R (réseau mexico) Temps de calcul considérable… Enjeux: n° génotypes, répéts 5/6 paramètres Temps de calcul considérable (canne…) Moyens: Optimisation de jeux de paramètres Couplage avec R paramètres de processus Caractères architecturaux Couplage avec représentation 3D Calculs biophysique sur 3D => Feedback structure - fonction (…QTL)

Etat actuel du développement du modèle Ecomeristem : un modèle riz, sorgho, canne à sucre Modèle modulaire, hiérarchique, orienté objet, simplifiable Ecophen : une plate forme de modélisation Ecosim : un moteur de simulation Langage de développement : Delphi

Analyse critique Constat : Besoin de performance : Modèle rapide à simuler pour optimisation / analyse de sensibilité On est bridé par Delphi Couplage Performance Besoin de performance : Passage au 3D, microméteo, cycle long (canne à sucre) Pas de formalisme sous jacent théorique

Utilisation de l’offre disponible vs besoins 3D, microméteo Couplage Formalisme théorique Performances

Intégration dans Openalea L’animation jointe à la présentation donne un exemple de sortie obtenue avec Openalea

Intégration dans VLE Réécriture totale du modèle Résultats identiques Performances en nette augmentation Parallélisme Distribution Utilisation des extensions : Equations aux différences Automates à états finis Utilisation du RVLE : Optimisation Analyse de sensibilité

Couplage VLE  Openalea (en cours) Développer des modèles compatibles dans chaque « monde » Transformation dynamique des graphes Transformation des données Pas de passage par les fichiers

Conclusion Intérêt du couplage (et non pas d’une fusion) : Le modèle reste autosuffisant « Sociabilisation » du modèle : partage de modules / interopérabilité (VLE et Openalea) Profiter de paradigmes performants (VLE) Profiter d’un existant : Caribu 3D (Openalea) D’un point de vue thématique : Démonstration de l’utilité de la diversité des plateformes Pas encore de prise en main opérationnelle