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Plantes et Système de cultures Horticoles

Plantes et Systèmes de culture Horticoles

Equipe 1 : Croissance, Architecture Qualité (CraQ)

Dans un contexte de changement global, l’évolution et la diversification des systèmes de productions horticoles doivent faire face à de multiples objectifs pour répondre aux contraintes de production (conduites bas intrants), aux exigences des consommateurs (qualité gustative, nutritionnelle, environnementale) et également aux besoins spécifiques des filières (production, conservation, transformation).

 Dans ce contexte, l’équipe Croissance Architecture et Qualité (CRAQ) étudie l’impact des pratiques culturales, des facteurs abiotiques et du génotype sur la croissance des plantes horticoles, dans le but d’optimiser l’acquisition des ressources, d’assurer la croissance de la plante et de ses organes (racines, tiges, feuilles, fruits) dans des conditions sub-optimales, tout en améliorant la qualité des produits frais ou transformés.

Nous travaillons essentiellement sur trois espèces modèles : tomate, pêche et pomme. Nos échelles d’étude vont de la cellule à la plante et nos  travaux combinent des développements méthodologiques, des approches expérimentales et de modélisation.

Les modèles développés sont des modèles « process-based » et des modèles structure-fonction dont les niveaux de complexité et d’intégration sont variables et compatibles avec nos ambitions d’intégration multi-échelles (de la cellule à la plante ; du modèle simplifié à la méta-modélisation) et d’analyse de la variabilité génétique (liens QTL/gène/paramètres génétiques). Ces modèles sont à la fois des outils de recherche, d’intégration des connaissances et des outils d’innovation en termes d’itinéraires techniques (analyse de systèmes complexes, propriétés émergentes, expérimentation phénotypage haut-débit in silico, conception d’idéotypes).

Dans ce contexte, l’équipe Croissance Architecture et Qualité (CRAQ) étudie l’impact des pratiques culturales, des facteurs abiotiques et du génotype sur la croissance des plantes horticoles, dans le but d’optimiser l’acquisition des ressources, d’assurer la croissance de la plante et de ses organes (racines, tiges, feuilles, fruits) dans des conditions sub-optimales, tout en améliorant la qualité des produits frais ou transformés.
Nous travaillons essentiellement sur trois espèces modèles : tomate, pêche et pomme. Nos échelles d’étude vont de la cellule à la plante et nos  travaux combinent des développements méthodologiques, des approches expérimentales et de modélisation.
Les modèles développés sont des modèles « process-based » et des modèles structure-fonction dont les niveaux de complexité et d’intégration sont variables et compatibles avec nos ambitions d’intégration multi-échelles (de la cellule à la plante ; du modèle simplifié à la méta-modélisation) et d’analyse de la variabilité génétique (liens QTL/gène/paramètres génétiques). Ces modèles sont à la fois des outils de recherche, d’intégration des connaissances et des outils d’innovation en termes d’itinéraires techniques (analyse de systèmes complexes, propriétés émergentes, expérimentation phénotypage haut-débit in silico, conception d’idéotypes).

Nos travaux de recherche se structurent autour de trois axes :

  1. Quantifier et modéliser des effets des facteurs de stress abiotiques sur les processus impliqués dans l’acquisition des ressources (eau, carbone, minéraux), la croissance des organes (racines, feuilles, tige), et l’élaboration du rendement et de la qualité des fruits.
  2. Analyser la diversité intra et interspécifique des stratégies d’adaptation aux facteurs abiotiques pour identifier des processus/traits d’adaptation aux contraintes abiotiques à l’échelle de la plante et de ses organes. Les principaux traits étudiés sont des traits relatifs à l’architecture racinaire et aérienne, à la croissance et au métabolisme du fruit et de la feuille.
  3. Comprendre, hiérarchiser et modéliser les interactions entre processus d’élaboration de la qualité organoleptique et nutritionnelle à l’échelle du fruit.

Publications récentes (depuis mi 2016 ): 

  • Bevacqua D., Grechi I., Génard M., Lescourret F. 2016. Consequences of aphid infestation over fruit production become evident in a multi-year perspective: insights from a virtual experiment. Ecological modeling. 338, 11–16.
  • Cieslak, M., Cheddadi, I., Boudon, F., Baldazzi, V., Génard, M., Godin, C. & Bertin, N. 2016. Integrating physiology and architecture in models of fruit expansion. Frontiers in Plant Science, 7, 1739.doi : 10.3389/fpls.2016.01739
  • Constantinescu D., Vercambre G., Génard M., Memmah M-M., Baldazzi V., Causse M., Albert E., Brunel B., Valsesia P., Bertin N. 2016. Model-based analysis of the genetic variability in tomato fruit growth under contrasted water conditions. Front. Plant Sci. doi: 10.3389/fpls.2016.01841.
  • Dai Z., Wu H., Baldazzi V., van Leeuwen C., Bertin N., Gautier H., Wu .B, Duchêne E., Gomès E., Delrot S., Lescourret F., Génard M. 2016. Inter-species comparative analysis of components of soluble sugar concentration in fleshy fruits. Frontiers in Plant Science, 7, 649. doi: 10.3389/fpls.2016.00649
  • Desnoues E., Baldazzi V.,Génard M., Mauroux J.B., Lambert P., Confolent C., Quilot-Turion B. 2016. Dynamic QTLs for sugars and enzyme activities provide an overview of genetic control of sugar metabolism during peach fruit development. Journal of Experimental Botany, 67, 3419–3431.
  • Nordey T., Léchaudel M., Génard M ., Joas J. 2016. Factors affecting ethylene and carbon dioxide concentrations during ripening: incidence on final dry matter, total soluble solids content and acidity of mango fruit. Journal of Plant Physiology, 196, 70-78.
  • Pallas B., Da Silva D., Valsesia P., Yang W., Guillaume 0., Lauri P.E., Vercambre G., Génard M.,Costes E. 2016. Simulation of carbon allocation and organ growth variability in apple tree by coupling architectural and source-sink models. Annals of Botany, 317-330.
  • Quilot-Turion B, Génard M, Valsesia P, Memmah M-M. 2016. Optimization of allelic combinations controlling parameters of a Peach quality model. Frontiers in Plant Science, 7, 1873. doi : 10.3389/fpls.2016.01873
  • Ripoll J., Urban L., Bertin N. 2016. A user’s view of the parameters derived from the induction curves of maximal chlorophyll a fluorescence: potential and limitations for assessing and analyzing stress. Opinion paper. Front. Plant Sci. doi: 10.3389/fpls.2016.01679
  •  Truffault V., Gest N., Garchery C., Florian A., Fernie AR., Gautier H., Stevens RG. 2016. Reduction of MDHAR activity in cherry tomato suppresses growth and yield and MDHAR activity is correlated with sugar levels under high light. Plant, cell & environment 39 (6), 1279-1292. https://doi.org/10.1111/pce.12663
  •  Zaoui S., Gautier H., Bancel D., Chaabani G., Wasli H., Lachaâl M., Karray-Bouraoui N. 2016. Antioxidant pool optimization in Carthamus tinctorius. Acta physiologiae plantarum 38 (8), 1-11. https://doi.org/10.1007/s11738-016-2204-9

 

  • Arbex de Castro Vilas Boas A., Page D., Giovinazzo R., Bertin N., Fanciullino A-L. 2017. Combined Effects of Irrigation Regime, Genotype, and Harvest Stage Determine Tomato Fruit Quality and Aptitude for Processing into Puree. Front. Plant Sci.,  https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01725
  • Bertin N., Baldazzi V., Lecompte F. 2017. Hortimodel2016: V International Symposium on Models for Plant Growth, Environment Control and Farming Management in Protected Cultivation. Chronica Horticultuae 57(1), 39-41.
  • Butelli, E., Garcia-Lor, A., Licciardello, C., Las Casas, G., Hill, L., Reforgiato Recupero, G., Keremane, M., Ramadugu, C., Krueger, R., Xu, Q., Deng, X., Fanciullino, A.-L., Froelicher, Y., Navarro, L., Martin, C. (2017). Changes in anthocyanin production during domestication of Citrus. Plant Physiology, 173 (4), 2225-2242 . DOI : 10.1104/pp.16.01701
  • Colombie, S., Beauvoit, B., Nazaret, C., Benard, C., Vercambre, G., Le Gall, S., Biais, B., Cabasson, C., Maucourt, M., Bernillon, S., Moing, A., Dieuaide Noubhani, M., Mazat, J.-P., Gibon, Y. (2017). Respiration climacteric in tomato fruits elucidated by constraint-based modelling. New Phytologist, 213 (4), 1726-1739. , DOI : 10.1111/nph.14301
  • Demestihas C., Plénet D., Génard M., Raynal C., Lescourret F. 2017. Ecosystem services in orchards. A review. Agron. Sustain. Dev. 37:12. DOI 10.1007/s13593-017-0422-1
  • Gallusci P., Dai Z., Génard M., Gauffretau A., Leblanc-Fournier N., Richard-Molard C., Vile D., Brunel-Muguet S. 2017. Epigenetics for Plant Improvement: Current Knowledge and Modeling Avenues. Trends in Plant Science, 22, 610-623. doi: 10.1016/j.tplants.2017.04.009
  • Génard M., Lescourret F., Bevacqua D., Boivin T. 2017. Genotype-by-environment interactions emerge from simple assemblages of mathematical functions in ecological models. Frontiers in Ecology and Evolution, 5, 13. doi: 10.3389/fevo.2017.00013
  • Jorquera-Fontena E., Génard M., Ribera-Fonseca A., Franck N. 2017. A simple allometric model for estimating blueberry fruit weight from diameter measurements. Scientia Horticulturae 219,131–134.
  • Jorquera-Fontena E., Alberdi M., Génard M., Franck N. 2017. Analysis of blueberry (Vaccinium corymbosum L.) fruit water dynamics along growth using an ecophysiological model. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 92, 6, 646–659. DOI :10.1080/14620316.2017.1304810
  • Rousselin A, Bevacqua D, Sauge M.-H, Lescourret F, Mody K, Jordan MO. 2017. Harnessing the aphid life cycle to reduce insecticide reliance in apple and peach orchards. A review. Agronomy for Sustainable Development 38: 1-17. DOI : 10.1007/s13593-017-0444-8
  •  Stevens R., Truffault V., Baldet P., Gautier H. 2017. Ascorbate Oxidase in Plant Growth, Development, and Stress Tolerance. Ascorbic Acid in Plant Growth, Development and Stress Tolerance, 273-295. ISBN 978-3-319-74057-7
  •  Truffault V., Fry SC., Stevens RG., Gautier H. 2017. Ascorbate degradation in tomato leads to accumulation of oxalate, threonate and oxalyl threonate. The Plant Journal 89 (5), 996-1008. doi: 10.1111/tpj.13439
  • Wasti S., Manaa A., Mimouni H. , Nsairi A., Ibtissem M., Gharbi E., Gautier H., Ben Ahmed H. 2017. Exogenous application of calcium silicate improves salt tolerance in two contrasting tomato (Solanum lycopersicum) cultivars. Journal of Plant Nutrition 40 (5), 673-684. https://doi.org/10.1080/01904167.2016.1250908

 

  • Bertin N., Génard M. 2018.Tomato quality as influenced by preharvest factors. Scientia Horticulturae 233: 264–276. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.01.056
  • Beauvoit B., Belouah I, Bertin N, Cakpo C.B., Colombié S., Dai Z., Gautier H., Génard M., Moing A., Roch L., Vercambre G., Gibon Y. 2018. Putting primary metabolism into perspective to obtain better fruits. Annals of Botany doi: 10.1093/aob/mcy057.
  • Buy S., Le Floch S., Ning T., Sidi-Boulenouar R., Zanca M., Canadas P., Nativel E., Cardoso M., Alibert E., Dupont G., Ambard D., Maurel C., Verdeil J-L., Bertin N., Goze-Bac C., Coillot C. 2018. Flip-flop method: a new T1-weigthed flow-MRI for plants studies. PLoS ONE 13(3): e0194845. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0194845.
  • Demestihas C., Plénet D., Génard M., Garcia de Cortazar-Atauri I., Launay M., Ripoche D., Beaudoin N., Simon S., Charreyron M., Raynal C., Lescourret F. 2018. Analyzing ecosystem services in apple orchards using the STICS model. European Journal of Agronomy, 94, 108–119. https://doi.org/10.1016/j.eja.2018.01.009
  • Desnoues E., Génard M., Quilot-Turion B., Baldazzi V. 2018. A kinetic model of sugar metabolism in peach fruit reveals a functional hypothesis of markedly low fructose-to-glucose ratio phenotype. The Plant Journal, 94, 685–698. http://dx.doi.org/10.1111/tpj.13890
  • Koch G., Rolland G., Dauzat M. , Bédiée A., Baldazzi V., Bertin N., GuédonY., Granier C. 2018. Are compound leaves more complex than simple ones? A multi-scale analysis. Annals of Botany in press.
  • Laghfiri M, Madani I, Boutaleb AJ, Blenzar A, Jordan MO, Sauge MH, Lauri PE, Smaili C. 2018. The impact of water and nitrogen depletion on Aphis pomi infestation in the. Apple orchard and its relation with the useful fauna and ants. Journal of Materials and Environmental Sciences, 9: 145-154. DOI: 10.26872/jmes.2018.9.1.18
  • Rahmati M., Mirás-Avalos J.M., Valsesia P., Lescourret F., Génard M., Davarynejad G.H., Bannayan M., Azizi M., Vercambre G. (2018). Disentangling the effects of water stress on carbon acquisition, vegetative growth, and fruit quality of peach trees by means of the qualitree model. Frontiers in Plant Science, 9:3. doi: 10.3389/fpls.2018.00003
  • Rousselin A, Bevacqua D, Vercambre G., Sauge M.-H, Lescourret F, Jordan MO. 2018. Rosy apple abundance is shaped by vegetative growth and water status. Crop Protection 105: 1-9. DOI: 10.1016/j.cropro.2017.11.001
  • Sidi-Boulenouar R., ReisA., Nativel E., Buy S., de Pellegars P., Liu P., Zanca M., Goze-Bac C., Barbat J., Alibert E., Verdeil J-L., Gatineau F., Bertin N., Anand A., Coillot C. 2018. Homogenous static magnetic field coils dedicated to portable nuclear magnetic resonance for agronomic studies. J. Sens. Sens. Syst., 7: 227–234. https://doi.org/10.5194/jsss-7-227-2018.
  • Stevens RG., Baldet P., Bouchet JP., Causse M., Deborde C., Deschodt C. , Faurobert M., Garchery C., Garcia V., Gautier H., Gouble B., Maucourt M., Moing A., Page D., Petit J., Poëssel JL., Truffault V., Rothan C. 2018. A systems biology study in tomato fruit reveals correlations between the ascorbate pool and genes involved in ribosome biogenesis, translation, and the heat-shock response. Frontiers in Plant Science 9, 137. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00137
  •  Truffault V., Riqueau G., Garchery C., Gautier H., Stevens RG. 2018. Is monodehydroascorbate reductase activity in leaf tissue critical for the maintenance of yield in tomato? Journal of plant physiology 222, 1-8. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2017.12.012 

Thèses en cours ou finies depuis 2016:

• Garance Koch 2015-2018: Integrating cellular processes in a model of plant organ growth [Leaf and fruit in tomato].

• Fatima Adra (2014-2017) Etude des effets d’une élévation de température sur la croissance et le développement du pêcher. Conséquences sur la qualité des fruits

• Alexandro Vilas-Boas 2015-2018 : Analyse de la qualité de la tomate en réponse à une limitation en eau : étude de la contribution des caroténoïdes à l'élaboration de la qualité et à l'adaptation à une contrainte hydrique.

• Jeanne Simon 2018-2021: Combining NMR-MRI developments and modelling approach for the multi-scale integration of plant water and carbon fluxes in response to water and heat stress in tomato.

• Leandro DE OLIVEIRA LINO 2014-2016. Etude de la variabilité génétique de la sensibilité à la pourriture brune au cours du développement du fruit chez la pêche en lien avec l’évolution des caractéristiques biochimiques du fruit

• Dario Constatinescu 2017-2019. Analysis of a process-based model of the plant-fruit system for improving tomato quality and yield

• Coffi Belmys Cakpo 2016-2019. Analyse multi-espèces de la croissance et du métabolisme en lien avec la qualité des fruits : approche par modélisation écophysiologique.

• Antoine Drouillard 2018-2020. Modélisation de l’élaboration de la qualité des mangues et de leur aptitude au séchage en réponse aux conditions de croissance et de
conservation des fruits

• Enrico Casagrande. 2018-2021. Évolution de la qualité des pêches en pré et post-récolte et prévention de l’apparition des maladies de conservation dans des systèmes plus résilients : approche par modélisation

Post-docs ou chercheurs invités :

Jinliang Chen 2017. Fruit Ecophysiology Modelling

Emna Bairam (2018-2019) Nitrogen uptake and allocation : from short to long term modeling

Ebrahim Hadavi (2018) Statistical modelling of fruit composition 

Projets en cours ou récemment finis: 

• Pari Scientifique INRA-EA 2015-2017 Carotenoid accumulation: a role for plastids? AAP 2014 Pari Scientifique + équipement moyen, 33 K€, UR PSH INRA / UMR PHIV CIRAD / John Innes Centre. Coordinatrice : AL. Fanciullino 

• Pari Scientifique INRA-EA 2016-2017: Combining NMR-MRI developments and modelling approach for the multi-scale integration of plant water and carbon fluxes in response to water and heat stress in tomato. Coordinatrice : N. Bertin 

• FruitLeafGrowth Projet Labex Agropolis 2015-2018 : Modélisation intégrative pour comprendre les interactions gènes X environnement X processus dans le déterminisme de la croissance des fruits et des feuilles. Coordinatrice : N. Bertin

• Dimabel 2016-2019 « Diversité des systèmes maraîchers en agriculture biologique : évaluer leurs performances pour les améliorer », Agribio4 coordinateur UE INRA Alenya, partenaires : UMR SADAPT, UR ecodev

• Arbratatouille 2017-2019 : « Amélioration des itinéraires techniques agroforestiers en production maraichère » Fondation de France coordinateur : Agroof, partenaires INRA AMAP, Eco&Sols, UAPV IMBE, CIRAD AGAP, IRSTEA

• Projet CAPES 2015-2018 (France-Brésil) : Comment piloter la qualité de la tomate d’industrie ? Bourse de thèse financée par le Brésil « Doutorado Pleno neo Exterior », CAPES. UR PSH INRA / UMR SQPOV INRA. Coordinatrice: A-L Fanciullino

GOJINOV Projet Labex Agropolis 2018-2019 : Goji: Novel prospects for enhancing quality and sustainability of fruit production. Référence ID 1605-015. AAP 2017 « Open Science », Agropolis Fondation, « Investissements d’avenir, programme (Labex Agro:ANR-10-LABX-0001-01) ». 20K€. UR PSH INRA / UMR LEPSE INRA/ UMR QUALISUD-METABOSCOPE UAPV. Coordinatrice : AL. Fanciullino

• APLIM: Projet étendard Labex Agropolis 2017-2020 (coordination J-L Verdeil CIRAD – C. Goze-Bac CNRS) : Development of magnetic resonance technologies to support integrative biology of plant response to abiotic and biotic constraints.

• Pari Scientifique INRA-EA 2018-2019: Le système vasculaire est-il un trait d’adaptation au déficit hydrique ? Coordinatrice : N. Bertin

• MEMOSTRESS MetaProg. ACCAF. 2018-2020 (coordination S. Brunel-Muguier & N. Bertin). Effet mémoire du stress sur la qualité de la graine (colza) et du fruit (tomate) : un levier d’adaptation au changement climatique ?

• Projet CarbonLed 2015-2018 « Carbon footprint reduction via LED based production systems »,
Partenariat : Philips Electronics Nederland B.V., Bayer CropScience AG, Stichting StartLife Holding
Responsabilité : co-coordination INRA et coordination d’une tâche
Financé par la Climate KIC (UE), 174 000€ pour l’INRA

• Magestan 2016-2019 : Technologies numériques pour l’étude et la mise en place de nouveaux modes de cultures appliqués aux cultures maraichères - application à la culture de la tomate.
Responsabilité : coordination INRA
Partenariat : CybeleTech, Wi6Labs, Transon, Ctifl
Financé dans le cadre des PROJET AGRICOLES ET AGROALIMENTAIRES d’AVENIR. Appel à projet « ICF2A » - Volet PS2A, 2016, 465 000€ pour l’INRA

• EcoVerger 2016-2018 « Conception d’itinéraires techniques économes en pesticides en vergers guidée par les contraintes et les objectifs des agriculteurs. Une approche par modélisation appliquée au pêcher et au manguier. »
projet MEDD (Ecophyto). participant INRA.

• RegPuc 2016-2018 : « Quelles stratégies d'irrigation et de fertilisation pour réguler les populations de puceron vert en vergers de pêchers ? » Projet MEDD (Ecophyto), coordination PSH.
Partenaire : GRCETA

• SunAgri’3 2017-2021 : « Agrivoltaïsme Dynamique : structuration de la recherche, élargissement des domaines applicatifs, démonstration opérationnelle et normalisation en vue d’un déploiement mondial ». Projet Investissements d’Avenir, financé par l’ADEME, « Industrie et agriculture éco-efficientes ».
Coordinateur : Sun’R, Partenaires : INRA-LEPSE, INRA-Pech Rouge, INRA Alenya, ITK
https://sunagri.fr/

• Projet Interfaces 2017-2019 The interface between agricultural raw material and processing, a key point or bridging variability of raw materials and versatility of processing for innovative food systems . Projet financé par la Fondation Agropolis. Coordinateurs : SQPOV et UPR Hortsys.
Partenaires : UMR SQPOV, UMR QualiSud, UMR MOISA, UR PSH, UPR HortSys, UE Gotheron, CTCPA, GIS fruit, Université de la Réunion