Projet ANR-15-CE20-0009 – FRIMOUSS : Modélisation intégrative du fruit pour un système de sélection unifié
Programme : Biologie des animaux, des végétaux, des micro-organismes et adaptation aux changements environnementaux (DS0501) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Yves Gibon (Biologie du Fruit et Pathologie)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire public
Montant : 501703.0 euros
Durée : 42 mois
Résumé : La production commerciale de fruits et de vin subit des aléas environnementaux mais aussi une évolution de la demande des consommateurs en termes de goût ou de valeur nutritionnelle, entraînant un besoin de faire évoluer les variétés. L'un des objectifs clés de la biologie du fruit est donc de comprendre les facteurs qui influencent la croissance et la qualité des fruits, en vue de pouvoir les manipuler pour améliorer les traits visés. La mise en place de stratégies unifiées permettrait l'amélioration des plantes cultivées économiquement majeures mais aussi mineures. Le métabolisme est une cible évidente pour l'amélioration des plantes cultivées, en particulier les fruits. Comprendre les mécanismes reliant le métabolisme à des phénotypes aiderait à mieux cibler les stratégies d’amélioration. FRIMOUSS fait le pari que la comparaison d’espèces aidera à mieux comprendre le lien entre la programmation du métabolisme, la croissance et la qualité des fruits, ce qui permettra d’identifier des points de régulation essentiels, notamment en termes de compromis à trouver entre les composantes métaboliques et biophysiques qui conditionnent la qualité des fruits. Pour cela, trois approches de modélisation seront développées et combinées afin de comparer 10 espèces de fruits contrastées (tomate, vigne, pêche, poivron, aubergine, pomme, fraise, clémentine, kiwi et de concombre). Un modèle cinétique existant regroupant un ensemble d'équations différentielles décrivant chaque étape du métabolisme du saccharose sera étendu pour permettre la recherche de paramètres métaboliques exerçant un contrôle significatif sur les flux et concentrations métaboliques. Un modèle stœchiométrique existant qui décrit le métabolisme primaire dans la tomate sera également étendu à un plus large éventail de voies pour permettre des prévisions de flux robustes tout au long du développement du fruit. Un modèle écophysiologique décrivant des processus sera construit par l'adaptation et l'intégration de modules existants qui décrivent la division cellulaire, l'expansion cellulaire ainsi que l'allocation des ressources. Les trois modèles seront étendus et optimisés dans la tomate et transférés aux autres espèces. Un effort de normalisation sera entrepris via la mise en place de solutions informatiques reliant les données expérimentales avec les entrées et les sorties des modèles. Il permettra la comparaison et la validation croisée des variables communes des modèles puis leur intégration. Ce dernier défi sera effectué en implémentant le modèle cinétique en mode dynamique afin de le connecter au modèle écophysiologique tandis que des flux clés (redox et énergie) seront calculés par le modèle stœchiométrique. Enfin, les réactions enzymatiques les moins influentes seront enlevées et remplacées par des équations simplifiées, afin de ne garder que les paramètres exerçant la plus forte influence sur la taille et la composition des fruits. Le paramétrage de tous les modèles sera rendu possible par une interaction étroite avec les biologistes expérimentateurs. Ainsi, les plantes seront cultivées dans des conditions optimales et les fruits récoltés tout au long de leur développement. Des données écophysiologiques, biochimiques (composition de la biomasse, concentrations en intermédiaires métaboliques, capacités d'enzymes) et cytologiques (volumes subcellulaires) seront produites « à la carte », permettant ainsi d’itérer expériences virtuelles et réelles. Ce projet de biologie des systèmes devrait conduire à des avancées majeures incluant une meilleure compréhension des compromis qui sous-tendent l’élaboration de la biomasse des fruits, l'identification de paramètres exerçant un fort contrôle sur ces compromis, et finalement une boîte à outils (un modèle SBML pré-paramétré pour permettre une gamme de simulations dans les fruits) pour la manipulation de la qualité des fruits.