Modélisation des plantes. Frédéric Boudon Virtual Plants Team UMR AGAP

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1 Modélisation des plantes Frédéric Boudon Virtual Plants Team UMR AGAP

2 Contexte : Etude de la morphogénèse des plantes Shoot apical meristem? Lateral meristems Root apical meristem Acquisition de la structure et la forme des plantes Caractérisation de l organisation des plantes et leurs variabilités Compréhension des mécanismes de la morphogénèse 2

3 Acquisition du phenotype des plantes Laser scanner devices produce 3D images of a plant High throughput phenotyping platform Unstructured noisy point set 3

4 Reconstruction de l architecture à partir de données laser (Preuksakarn et al., FSPM, 2010) Projet Agropolis PlantScan3D 4

5 Validation des méthodes de reconstruction Caractériser les dissimilarités géométriques et structurelles Homogenizing structures Geometrical mapping Topological mapping Reference T1 i4 i1 i2 j3 j1 j2 j7 i3 i5 j4 j5,6 i6 i7 j8 j9 Automatically Reconstructed T2 5 (Boudon et al., Annals of Botany, 2014) Projet Agropolis PlantScan3D 5

6 Reconstruction du feuillage et des systèmes racinaires Intensity Greatest Slope Propagation Sandpile surface Depth Greatest Slope (Balduzzi et al., FSPM, 2013) Image analysis Graph extractio n (Diener et al., FSPM, 2013) Projet Agropolis Rhizopolis 6

7 Analyse de la phyllotaxie Frequency data α 2α -α mixture Divergence angle Coll: ENS-Lyon, Inra Angle value Angle value Angle value Order along the stem Wild type Order along the stem Order along the stem Mutants show heavily perturbed phyllotaxy 7

8 Analyse de la phyllotaxie Stochastic modeling a 3a 3a -a a 2a -a a 2a -a -a 2a a 2a 2a 2a -a 2a Combinatorial modeling (Guédon et al., J. Theoretical Biology, 2013) 8

9 Analyse de la phyllotaxie AHP6 high: Unfavorable conditions AHP6 low: Favorable conditions AHP6 acts as a second field, which stabilize phyllotaxy (Besnard et al., Nature, 2014) 9

10 Formalisme pour la modélisation de la croissance des plantes Un organisme qui se développe est un système dynamique à structure dynamique : DS 2 (Giavitto and Michel, 2001) Les systèmes de Lindenmayer consistent en un alphabet V, un axiome w et un ensemble de productions P (Lindenmayer, 1968) Les règles de productions sont appliquées en parallèle sur une chaîne de modules représentant la structure de l organisme. left context < predecessor > right context successor Exemple V = {I,A,+,/} w = A P: A I /[+A] A I II (Boudon et al., Frontiers in Plant Science, 2012) 10

11 Couplage modèles mécanistes/stochastique Simulation de la topologie par une chaîne de Markov Modèle mécanique (Costes et al., MAppleT, FPB08) 11

12 Etude de processus ecophysiologiques Interception de la lumière (Da Silva et al., MMS, 08) Propagation de maladies (Garin et al., Annals of Botany, 08) (Pradal et al., FPB, 08) (Collaboration Berthelot et al., en cours, D apres Prusinkiewicz et al., 2009) Transport (Cieslak et al., FSPM, 13) Projet FruitVirtuel3D 12

13 Une approche similaire à l échelle des tissus Acquisition (Fernandez et al., Nature Methods, 10) Analyse (Anisotropie) (Legrand et al., in preparation) Simulation de la regulation de l auxine (Stoma et al., PLoS Comp Biol, 08) Simulation mécanique (Boudon et al., PLoS Comp Biol, 15) 13

14 Plateforme logicielle Platform for plant modeling Open software, open data Reusability, interoperability Modeling community (pluridisciplinary) Dataflow Package Manager Python Interpreter Component (Pradal et al., FPB08) Supported by Inria, Inra, Cirad, Agropolis Fundation More than downloads Strategic platform of Environment-Agronomy department at INRA 14