Analyse multi-échelles et modélisation de la croissance foliaire chez Arabidopsis thaliana : mise au point et test d’un pipeline d’analyses permettant une analyse intégrée du développement de la cellule à la pousse entière

par Maryline Lievre

Thèse de doctorat en BIP - Biologie Intégrative des Plantes - UM2

Sous la direction de Christine Granier et de Yann Guédon.

Le jury était composé de Christine Granier, Nadia Bertin, Christian Jay-Allemand.

Les rapporteurs étaient Teva Vernoux, Bruno Andrieu.


  • Résumé

    Ce travail est basé sur le constat du manque de méthodes permettant l'analyse intégrée des processus contrôlant le développement végétatif d'Arabidopsis thaliana dans les études phénotypiques multi-échelles. Un phénotypage préliminaire de la croissance foliaire de 91 génotypes a permis de sélectionner 3 mutants et des variables d'intérêt pour une étude plus poussée du développement de la pousse. Un pipeline de méthodes d'analyses combinant techniques d'analyse d'images et modèles statistiques a été développé pour intégrer les mesures faites à l'échelle de la feuille et de la pousse. Des modèles multi-phasiques à changements de régime semi-markovien ont été estimés pour chaque génotype permettant une caractérisation plus pertinente des mutants. Ces modèles ont validé l'hypothèse selon laquelle le développement de la rosette peut être découpé en une suite de phases de développement, pouvant varier selon les génotypes. Ils ont aussi mis en évidence le rôle structurant de la variable «trichome abaxial», bien que les phases de développement ne puissent être entièrement expliquées par ce trait. Un 2nd pipeline d'analyses combinant une méthode semi-automatique de segmentation d'images de l'épiderme foliaire et l'analyse des surfaces de cellules par un modèle de mélange de lois gamma à paramètres liés par une loi d'échelle a été développé. Ce modèle nous a permis d'estimer la loi du nombre de cycles d'endoréduplication. Nous avons mis en évidence que cette loi dépendait du rang de la feuille.Le cadre d'analyses multi-échelles développé et testé durant cette thèse devrait être assez générique pour être appliqué à d'autres espèces végétales dans diverses conditions environnementales.

  • Titre traduit

    Multi-scale analysis and modeling of shoot growth in Arabidopsis thaliana – : development and testing of a pipeline of analysis methods enabling an integrative analysis of the development from cell to shoot scale


  • Résumé

    This study is based on the observation of a lack of methods enabling the integrated analysis of the processes controlling the vegetative development in Arabidopsis thaliana during multi-scale phenotypic studies. A preliminary leaf growth phenotyping of 91 genotypes enabled to select 3 mutants and different variables of interest for a more in depth analysis of the shoot development.We developed a pipeline of analysis methods combining image analysis techniques and statistical models to integrate the measurements made at the leaf and shoot scales. Semi-Markov switching models were built for each genotype, allowing a more thorough characterization of the studied mutants. These models validated the hypothesis that the rosette can be structured into successive developmental phases that could change depending on the genotype. They also highlighted the structuring role of the ‘abaxial trichomes' variable, although the developmental phases cannot be explained entirely by this trait. We developed a second pipeline of analysis methods combining a semi-automatic method for segmenting leaf epidermis images, and the analysis of the obtained cell areas using a gamma mixture model whose parameters of gamma components are tied by a scaling rule. This model allowed us to estimate the mean number of endocycles. We highlighted that this mean number of endocycles was function of the leaf rank.The multi-scale pipeline of analysis methods that we developed and tested during this PhD should be sufficiently generic to be applied to other plant species in various environmental conditions.


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