Un modèle mathématique pour sélectionner les tomates de demain

Simuler un plant de tomate

Prédire et comprendre la réponse des plantes à des perturbations environnementales est nécessaire pour sélectionner de manière éclairée les variétés de demain, celles qui s’en sortiront le mieux face au réchauffement climatique. Cela demande de combiner de nombreuses informations issues du génome, du métabolisme, de la physiologie et de la nutrition de la tomate. Pour ce faire, des scientifiques du LIPME ont eu recours à la modélisation mathématique de systèmes complexes, combinée à l’acquisition de données expérimentales. Leur modèle mathématique simule le métabolisme et la physiologie d’un plant de tomate dans différentes conditions environnementales et génétiques.

« Par cette technique, nous avons développé un modèle de plant de tomate au stade de croissance avant floraison, explique Caroline Baroukh, chercheuse INRAE. Ce modèle représente le métabolisme des feuilles, de la tige, des racines et de la sève xylèmique (la sève brute) et phloémique (la sève élaborée). Il prédit les modifications sur plus de 6 000 réactions chimiques du métabolisme d’un plant de tomate, selon différentes conditions environnementales et selon différents contextes génétiques. »

Les prédictions du modèle ont été vérifiées dans cinq études différentes, sur les flux métaboliques dans et entre organes, sur le rôle de la tige pour les échanges entre organes, sur la composition de la sève xylèmique, sur l’impact de la limitation en azote sur la croissance, sur l’impact de variabilités génétiques sur le métabolisme et la physiologie. Pour chaque étude, ce que le modèle a prédit a été vérifié expérimentalement, sur des plants de tomates.

Ainsi, le modèle confirme que la glutamine, un acide aminé, est le principal composé organique de la sève de xylème. Il estime également comment l’efficacité de la photosynthèse de la tige impacte la composition des sèves de xylème et de phloème. Il prédit aussi les conséquences d’une limitation en engrais azoté sur la croissance de la plante.

Faciliter la sélection variétale

Cet outil permet de prédire, d’étudier et de mieux comprendre le comportement d’une plante dans son environnement. Il est destiné à la communauté scientifique académique, pour étudier l’impact d’autres conditions environnementales ou d’autres modifications génétiques sur le métabolisme et la croissance de la tomate.

Le modèle pourra être étendu à d’autres stades de développement de la plante, comme la fructification. Il pourra également être amélioré en ajoutant la dimension spatiale de la plante, l’impact de la température ou encore la présence d’un autre organisme, comme un microbe pathogène.