Deciphering spatio-temporal development of strawberry plant

par Marc Labadie

Thèse de doctorat en Biologie Végétale

Sous la direction de Béatrice Denoyes-Rothan et de Yann Guédon.

Soutenue le 21-12-2017

à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux) , en partenariat avec Biologie du fruit et pathologie (laboratoire) .

Le président du jury était Michel Hernould.

Le jury était composé de Nathalie Ollat.

Les rapporteurs étaient Pierre-Eric Lauri, Soulaïman Sakr.

  • Titre traduit

    Etude du développement spatio-temporelle d'un plant de fraisier


  • Résumé

    Chez le fraisier la balance entre floraison et développement végétatif incluant la production de stolons (tiges allongées portant les plants filles) conditionne le rendement du plant. L’objectif de la thèse était d’obtenir une meilleure compréhension des processus de développement du fraisier, la floraison, le développement végétatif des axes et le stolonnage, grâce à une étude spatio-temporelle. Trois approches complémentaires ont été développées sur six variétés non-remontantes plantées en conditions « hors sol » : (1) la modélisation des profils d’émergence hebdomadaire de fleurs, feuilles et stolons par une analyse de segmentation longitudinale, (2) l’analyse spatio-temporelle de l’architecture des plants durant une saison de production et (3) le suivi de l’expression de gènes clés liés à la floraison. (1) Les modèles univariés de détection de ruptures appliqués à chaque variable phénologique étaient basés sur l’hypothèse que les changements de phases sont synchrones entre les individus d’une même variété. Ces modèles ont permis d’identifier des phases pour chacune des variétés et chacun des trois types d’organe. Les modèles de détection de ruptures multivariés combinant les trois types d’organes ont permis de mettre en évidence une forte structuration du développement du fraisier par la floraison et le stolonnage. De plus, les variétés se regroupent autour de deux profils de floraison avec la présence ou pas d’un deuxième pic de floraison. Enfin, les modèles d’émergence de stolon montrent un synchronisme suggérant un fort effet environnemental. (2) L’analyse spatio-temporelle de l’architecture s’est basée sur un modèle de graphe arborescent multi-échelle, permettant une représentation visuelle et une analyse de la topologie du plant au cours de son développement. Cette analyse a permis de mettre en évidence des différences topologiques précoces ainsi que différentes stratégies de développement entre les variétés. Ces différences de développement expliquent en partie les différents profils de floraison. (3) Parmi les gènes étudiés pour leur expression au cours de la culture des plants de fraisier, SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS1 (SOC1) apparait comme un marqueur de développement végétatif et de l’émergence des stolons. Une approche architecturale a également été initiée sur le fraisier diploïde. Les premiers résultats ont permis de mieux préciser le devenir des méristèmes axillaires. En conclusion, ce travail a permis d’évaluer les variétés en condition de production et d’identifier des critères de sélection pour le développement de nouvelles variétés. Il a également permis de développer de nouveaux outils qui pourront être utilisés par les sélectionneurs et les expérimentateurs.


  • Résumé

    In strawberry, the balance between flowering and vegetative development, including the production of stolons (elongated stems carrying the daughter plants), conditions the yield of the plant. The objective of the thesis was to better understand the developmental processes of strawberry plant, namely flowering, the vegetative development of axes and runnering, through a spatio-temporal study. Three complementary approaches have been developed on seasonal flowering varieties planted in "soilless" conditions: (1) modeling the weekly emergence of flowers, leaves and stolons by a longitudinal segmentation analysis, (2) spatio-temporal analysis of plant architecture during a seasonal production and (3) expression of key genes related to flowering. (1) Univariate multiple change-point models applied to each phenological variable were based on the assumption that phase changes were synchronous between individuals of a given variety. These models allowed to identify phases for each variety and each type of organ. Multivariate multiple changepoint models combining the three types of organ highlighted a strong structuring of strawberry development by flowering and runnering. Moreover, the varieties can be grouped into two profiles of flowering with the presence or not of a second period of flowering. Finally, the stolon emergence models show a synchronism suggesting a strong environmental effect. (2) Spatio-temporal analysis of the architecture relied on a multi-scale tree graph allowing visual representation and topological analysis of plant development. This analysis revealed early topological differences as well as different strategies of development between varieties. These differences in development partially explain the different flowering patterns. (3) Among the genes studied for their expression during the cultivation of strawberry plants, SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS1 (SOC1) appears as a marker of vegetative development and stolon emergence. An architectural approach was also initiated on the diploid strawberry. First results allowed to better specify the fate of axillary meristems. In conclusion, this work allowed to evaluate the varieties in production condition and to identify selection criteria for the development of new varieties. It has also allowed the development of new tools that can be used by breeders and experimenters.



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