pôle horticole intégré
DESCRIPTION
Pôle Horticole Intégré. Centre INRA d’Avignon. 3 approches possibles: Bottom-up du gène à la cellule Top-down relie les performances aux contrôles Middle-out combine les deux approches précédentes. Biologie des Systèmes Horticoles (BioSyH). Fruit Virtuel. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Pôle Horticole IntégréPôle Horticole Intégré
Centre INRA d’AvignonCentre INRA d’Avignon
Biologie des Systèmes Horticoles Biologie des Systèmes Horticoles (BioSyH)(BioSyH)
3 approches possibles:
•Bottom-up du gène à la cellule
•Top-down relie les performances aux contrôles
•Middle-out combine les deux approches précédentes
Fruit VirtuelFruit Virtuel
Some good reasons to develop a virtual fruitSome good reasons to develop a virtual fruit
Fruit = complex system difficult to analyse Fruit = complex system difficult to analyse without a theory of how it is workingwithout a theory of how it is working
Quality is described by multiple traitsQuality is described by multiple traits Multiple environmental, agronomical and Multiple environmental, agronomical and
genetic factors interact on the fruit system, genetic factors interact on the fruit system, leading to quality expressionleading to quality expression
Métabolisme sucres & acides
Maturation(C2H4)
Croissance
Division Endoreduplication Grandissement
Flux d’eau et de
carbone
Transpiratio
n CO2
RespirationMétabolisme
IIµnutriments
Quelle qualité et quels processus?Quelle qualité et quels processus?
La qualitéLa qualité
• Taille• Qualité gustative (sucres-acides)•Valeur santé (caroténoïdes, vit. C)•Texture
Métabolisme sucres & acides
Maturation(C2H4)
Croissance
Division Endoreduplication Grandissement
Flux d’eau et de
carbone
Transpiratio
n CO2
RespirationMétabolisme
IIµnutriments
Quelle qualité et quels processus?Quelle qualité et quels processus?
La qualitéLa qualité
• Taille• Qualité gustative (sucres-acides)•Valeur santé (caroténoïdes, vit. C)•Texture
Cell proliferation and endoréduplicationCell proliferation and endoréduplication
1
i1
i2
i3
i4
i5
N1(i-1)
2
N1(i+1)
(1-i+11)
i+11
N2Gi+1
4N2G
i+1
(1-i+12)
N4Gi+
1
i+1
12i
+1
im
2N12(i+2)
1
N1(i+2)
cycle n° i cycle n° i+1 cycle n° i+2 temps
ti-1 ti ti+1 ti+2
(1-i5)
i
5
N32
Gi
64N32
Gi
(1-i6)
i
6
N64
Gi
128
21-i (1-
i1)
i
1
N2
Gi
4N2
Gi
(1-i2)
i
2
N4
Gi
8N4
Gi
(1-i3)
i
3
N8
Gi
16N8
Gi
(1-i4)
i
4
N16
Gi
32N16
Gi
i
1N1(i)=2i N12(i-1)
Ng(i+1)
2i
i6
i7
1-i
interphases G
mitose
2c
4c
8c
256c
Cell proliferation and endoréduplicationCell proliferation and endoréduplication
Cell number
Days
Cells distribution per ploïdy level
Days Days
2C 4C
8C 16C
32C 64C
128C 256C
Métabolisme sucres & acides
Maturation(C2H4)
Croissance
Division Endoreduplication Grandissement
Flux d’eau et de
carbone
Transpiratio
n CO2
RespirationMétabolisme
IIµnutriments
Quelle qualité et quels processus?Quelle qualité et quels processus?
La qualitéLa qualité
• Taille• Qualité gustative (sucres-acides)•Valeur santé (caroténoïdes, vit. C)•Texture
Transport des sucres dans les cellulesTransport des sucres dans les cellules du fruitdu fruit
Phloème
Apoplasme
Cytoplasme
Vacuole
S = vm Cp / (KM+ Cp)
+ (1-sp) Cm Fp
+ Ap ps (Cp-Cf) ou ps = perméabilité aux sucresFP = Ap Lp [ Pp - Pf - sp (pp - pf)]
Theory of cell expansionTheory of cell expansion
dV/dt = . V . (Pf - Y)
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
250 450 650 850 1050 1250
Degrés Jours Après Floraison
(M
Pa
-1 h
-1)
+ (1 / ). V . (dPf / dt)
Irreversible PLASTIC variations in volume
(Lockart 1965)
Short-term reversible ELASTICVariations
Cell wall extensibility
Yield threshold=ƒ(growth)
Volumetric elastic modulus
Turgor pressure
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108
Heures
0
5
10
15
20
Vo
lum
e f
ruit
(g
)
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108
Heures
-1.50
-0.75
0.00
0.75
1.50
Va
ria
tio
n v
olu
me
(g
h-1)
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108
Heures
-1.50
-0.75
0.00
0.75
1.50
Va
ria
tio
n v
olu
me
(g
h-1)
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108
Heures
0
5
10
15
20
Vo
lum
e f
ruit
(g
)
Thèse M. Léchaudel
Model of cell and fruit expansionModel of cell and fruit expansion
Métabolisme sucres & acides
Maturation(C2H4)
Croissance
Division Endoreduplication Grandissement
Flux d’eau et de
carbone
Transpiratio
n CO2
RespirationMétabolisme
IIµnutriments
Quelle qualité et quels processus?Quelle qualité et quels processus?
La qualitéLa qualité
• Taille• Qualité gustative (sucres-acides)•Valeur santé (caroténoïdes, vit. C)•Texture
Sugar ModelSugar Model
C supply
Sucrose
Sorbitol
ph
1- ph
Othercompounds
synthesisk4(t)
CO2
Glucose Fructose
k2(t)
k1(t)
k3(t)
k1(t)
Sugar metabolismSugar metabolism
30 leaves/fruit18 leaves/fruit 6 leaves/fruit
Days after bloom
Days after bloom
Days after bloom
Days after bloom
Voies des mitochondries Voies des mitochondries et métabolisme de l’acide citrique et métabolisme de l’acide citrique
Passage dans le cytosol et accumulation dans la vacuole
Malate Citrate
Pyruvate
Pyruvate
AOA
Citrate
Acétyl-CoA
Production de citrate = entrée de malate -oxydation en pyruvate
Transports tonoplastiquesTransports tonoplastiques
Compositionvacuolaire
Quinate, Citrate
pH
Cations Mal2- HMal- H2Mal
Mal2-
Transportdu malate
ATP H+ ATPase
(I)(II)
(III)
K+
Démarche de modélisation :
- équilibres thermodynamiques
- succession d'états d'équilibres
0
1
2
3
4
15-mai 30-mai 14-juin 29-juin 14-juil 29-juil
Te
neu
r en
citr
ate
(mm
ol.1
00
g-1
)
0
2
4
6
15-mai 30-mai 14-juin 29-juin 14-juil 29-juil
Ten
eur
en m
alat
e
(mm
ol.1
00g
-1)
Metabolisme des acidesMetabolisme des acides
Acide Citrique
Acide Malique
Métabolisme sucres & acides
Maturation(C2H4)
Croissance
Division Endoreduplication Grandissement
Flux d’eau et de
carbone
Transpiratio
n CO2
RespirationMétabolisme
IIµnutriments
Quelle qualité et quels processus?Quelle qualité et quels processus?
La qualitéLa qualité
• Taille• Qualité gustative (sucres-acides)•Valeur santé (caroténoïdes, vit. C)•Texture
Emission
EthylèneEthylène
ATP
C2H4
Yang Cycle
MTAATP
MET
ACC MACC
SAM
Respiration
Croissance
Temp
MET=MethionineSAM=S-adenosylmethionineMTA=5’-methylthioadenosineACC=1-amino-cyclopropane-1-carboxylic acidMACC= Malonyl-ACC
EthylèneEthylène
Faible croissance
Forte croissance
Lien Ecophysio-Omics Lien Ecophysio-Omics
Approches cibléesApproches ciblées
Approches d’exploration globaleApproches d’exploration globale
Approches cibléesApproches ciblées
Voie de biosynthèse connueVoie de biosynthèse connue MutantsMutants Expression de gènes, protéïnes, métabolites Expression de gènes, protéïnes, métabolites
ciblésciblés Activités enzymatiquesActivités enzymatiques
Barley morphology, genetics and hormonal Barley morphology, genetics and hormonal regulation of internode elongation modelled regulation of internode elongation modelled by a relational growth grammarby a relational growth grammar
Gerhard H. Buck-SorlinOle Kniemeyerand Winfried Kurth
Ascorbate réduitAscorbate oxydé
D-glucose
D-mannose-1-P
GDP-D-mannose
L-Galactono-1,4-lactone
GMP
GLD
Voie de synthèse
Recyclage
MDHAR
AO
APX
Dégradation
Transport
DHAR
Mécanismes de régulation Mécanismes de régulation des teneurs en vitamine Cdes teneurs en vitamine C
Approches globalesApproches globales
Expression de gènes, protéïnes, métabolites Expression de gènes, protéïnes, métabolites Au cours du tempsAu cours du temps MutantsMutants EnvironnementEnvironnement
Transcriptomique
Protéomique
Métabolomique
Vers la biologie intégrativeVers la biologie intégrativeMapmanMapman
Croissance
Division Endoreduplication Grandissement
Métabolisme sucres & acides
Flux d’eau et de
carbone
Transpiratio
n CO2
Métabolisme II
µnutriments
Maturation(C2H4)
Respiration
Shoot bearing fruitsShoot bearing fruits
=
stem
+
Leafy shoots
+
fruits
With possible supply of assimilate from the tree to the shoot
Virtual fruit SystemVirtual fruit System
Fresh fruit mass% flesh
Dry matter content of the fleshSweetness indexCrack density
Final outputs of agronomical interest
Tree
Leaf water potential
RadiationNo. of fruits
No. of leafy shoots
Stem water potential
Relative humidityTemperature
C flowAmounts of sugars
Carbon assimilation
and allocation
Carbon partitioning in the flesh
Water fluxes in and out going from the fruit
Conductance
C flow
Virtual FruitVirtual Fruit
Omics
NormalNormal
NormalNormal
MutantMutant
Normal/MutantNormal/Mutant
Différence Normal-MutantDifférence Normal-Mutant
2*(mut-norm)/(|norm+mut|+0.00001)
MapmanMapman
MapfruitMapfruit
Approche QTLApproche QTL
QTLs de métabolome, protéome, …
QTLs de variables écophysiologiques,paramètres de modèles, variables de modèles
4141
Croissance
Division Endoreduplication Grandissement
Métabolisme sucres & acides
Flux d’eau et de
carbone
Transpiratio
n CO2
Métabolisme II
µnutriments
Maturation(C2H4)
Respiration
QTLs de paramètresQTLs de paramètres
PSH-GAFL
GL1
AG102
AG109
PC78
PC102
PC30
AG29
PC35
AG44 FG79
CFF9
CFF5
CFF14
CFF2
CFF19
CFM12
CFF18
CFF17
AC18
CFM6
CFF7
CFM7
0
6
35
58
75
67
8084
96
11
20
26
40
47
100
104
116 119
128
22
68
GL7
CFF8
CFM3
CFF11
CC63b
mp6
AG104
mp22CFF10CC132
0
5
23
14
28 31
434648
Masse
Fruit virtuel
Que fait-on concrètement?Que fait-on concrètement?
Réfléchir à la démarche: quelle approche stat?...Réfléchir à la démarche: quelle approche stat?... Se lancer dans des projets concretsSe lancer dans des projets concrets
À partir de données existantes (exple protéome?)À partir de données existantes (exple protéome?) Sur la prise en compte dans les modèles des gènes à Sur la prise en compte dans les modèles des gènes à
action connue (exple de Buck-Sorlin). Ok sur la action connue (exple de Buck-Sorlin). Ok sur la tomate? Sur Ethylène…tomate? Sur Ethylène…