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Plantes et Système de cultures Horticoles

Plantes et Systèmes de culture Horticoles

Comprendre, hiérarchiser et modéliser...

Comprendre, hiérarchiser et modéliser les interactions entre processus d’élaboration de la qualité organoleptique et nutritionnelle à l’échelle du fruit. Ce travail inclut des recherches sur les processus de croissance du fruit (division et expansion cellulaires, endoréduplication de l’ADN), la synthèse des sucres, des acides et des caroténoïdes au cours du développement du fruit, les voies métaboliques impliquées dans la synthèse, la dégradation et le recyclage de la vitamine C, la maturation du fruit, la texture. L’approche expérimentale permet d’élaborer des schémas conceptuels qui alimentent la partie modélisation. Nos échelles d’étude principales vont de la cellule à la plante.

Quelques résultats de nos travaux :

  • Les modèles développés dans l’équipe sont suffisamment détaillés pour décrire les interactions entre les mécanismes physiologiques qui pilotent la croissance et la composition des organes en réponse à l’environnement. Ces modèles sont des outils de phénotypage et d’analyse du fonctionnement du système plante ainsi que des interactions genotypexenvironnementxpratiques culturales (Martre et al. 2011 ; Baldazzi et al. 2015; Génard et al. 2015). Ils sont également des outils d’intégration des connaissances acquises aux différentes échelles, de la cellule à la plante (Baldazzi 2012).  Un premier modèle intégré de la division et de l‘expansion cellulaires a été construit et utilisé pour analyser in silico la variabilité de la réponse au stress hydrique et à l’ombrage à l’échelle d’un organe (cellules de différents âges) ou de la plante (différents bouquets). Le modèle montre que la contrainte hydrique a des effets spécifiques aux échelles plante (architecture, métabolisme) et fruit (division, croissance) déterminant ainsi les disponibilités endogènes pour le fruit en fonction de son stade de développement. Les cellules jeunes sont en effet les plus sensibles au stress, en raison de leurs propriétés mécaniques différentes de celles des cellules matures, et du transport symplasmique des sucres qui prédomine dans les jeunes stades du fruit et jouerait un rôle central dans son développement, en particulier comme catalyseur de la croissance des cellules et du fruit (Baldazzi et al. 2013). 
  • A l’échelle du fruit, la régulation de l’accumulation du fructose chez la pêche a été analysée in silico grâce au développement d’un modèle du métabolisme des sucres  basé sur une représentation de l’activité des principales enzymes impliquées et de l’activité de stockage vacuolaire. Pour cela 6 métabolites et 12 capacités enzymatiques ont été mesurés chez 106 génotypes d’une population caractérisée par des teneurs en fructose contrastées. Cette étude a révélé une grande stabilité des capacités enzymatiques malgré l’importante variation des métabolites (Desnoues et al 2014). Le modèle représente correctement la variabilité génotypique observée dans 10 génotypes et fournit des informations importantes sur les mécanismes sous-jacents à la spécification des différences phénotypiques. Parmi les différentes hypothèses testées, une faible affinité de la fructokinase s’est révélée être un bon candidat pour expliquer l’occurrence de génotypes à faible teneur en fructose (Desnoues et al 2016).
  • Le modèle Fruit Virtuel développé dans l’équipe décrit les flux d’eau et de carbone au sein du fruit et considère le fruit comme un tissu unique homogène.  Or les propriétés architecturales du fruit, comme sa forme, l’épaisseur du péricarpe, le réseau de vaisseaux conducteurs ou les propriétés de la cuticule jouent un rôle important sur sa croissance, sa composition et son interaction avec l’environnement. Ainsi un modèle fruit3D a été développé pour analyser ces interactions structure-fonction et étudier les effets jusqu’alors inexplorés des propriétés architecturales sur la qualité des fruits. Le modèle intègre la forme du fruit, sa compartimentation en tissus avec les processus physiologiques liés à la croissance. Les simulations ont montré comment la forme du fruit et les propriétés de sa peau affectent la distribution des sucres et de l’eau dans les fruits (Cieslak et al. 2012; 2013; 2016).  Nos résultats montrent que ce type de modèle générique permet de proposer des explications mécanistes de la qualité, difficilement identifiables par une approche expérimentale.