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From Computational Biology Group
Kinematics of seedling elongation
Background: Après la germination, les plantes doivent grandir pour atteindre la lumière et déployer leur appareil photosynthétique. Cette croissance est d'abord alimentée par l'énergie contenue dans la graine. Les plantes doivent atteindre la lumière et déployer leurs cotylédons avant d'avoir épuisé l'énergie de la graine. L'étude de la dynamique de la croissance dans diverses conditions peut permettre de mieux comprendre le processus de croissance.
But: Le but de ce projet est de caractériser la croissance de plantules d'Arabidopsis de génotype Columbia et de mutants Sav3 dans des conditions de lumière différentes (ombre, soleil). Nous allons récolter des données grâce au logiciel hypoPhen et confirmer ou infirmer la présence de phases de croissance telles que Cole B, Kay SA, et Chory J. les ont décrites.
Outils mathématiques:
Nous avons utilisé une méthode simple de lissage des données sur trois mesures, afin de réduire le bruit de mesure. Puis, nous avons déterminé visuellement les limites entre les phases en observant les changements de taux de croissance. Nous avons alors fait des régressions linéaires sur chaque phase de chaque plantule. Un t-test pairé par plante sur deux phases successives nous permet de déterminer si les phases sont significativement différentes les unes des autres. N'étant pas certains de la normalité des données, nous avons aussi effectué un test de permutations sur les pentes de deux phases successives.
Résultats:
Après une phase de croissance initiale, les plantules exposées à une lumière semblable au soleil ne s'allongent plus. Si par contre on ajoute une lumière Far Red, ce qui change le rapport Red / Far Red et mime une situation ombragée, les hypocotyles recommencent à croître. Cette nouvelle croissance commence après une phase de latence de 30 (45 selon Cole) minutes environ. C'est probablement le temps qu'il faut pour la plante pour changer son expression génétique. Comme Cole, nous observons aussi une phase où la croissance ralentit, à environ 105 (150 selon Cole) minutes après l'allumage de la lumière Far Red. Cette phase dure 70 (80 selon Cole) minutes. La taux de croissance augmente à nouveau après.
Nous avons donc confirmé l'existence de ces phases, mais il semble que leur durée est variable en fonction des conditions.
Pour la différence entre les phases ci-dessus, nous obtenons les p-values suivantes (test de t pairé sur les plantules de génotype Columbia exposées à l'ombre après la phase 0):
- phase 0-1: p-value=0.99
- phase 1-2: p-value=0
- phase 2-3: p-value=6.6 10^-16
- phase 3-4: p-value=0
Le test de permutations confirme ces résultats.
Pour des plantes mutantes pour le gène Sav3, nous observons aussi une croissance induite par la lumière Far Red, bien que plus faible que pour le génotype Columbia. Par contre, nous n'observons pas de phase de ralentissement de la croissance.
Graphiques de nos résultats:
Superviseurs: Micha Hersch et Séverine Lorrain
Etudiants: Sacha Zahnd et Marc Müller
Références:
- Cole B, Kay SA, and Chory J. Automated analysis of hypocotyl growth dynamics during shade avoidance in Arabidopsis. Plant J 2011 Mar; 65(6) 991-1000. doi:10.1111/j.1365-313X.2010.04476.x pmid:21288269.