Analyse et amélioration d’un modèle mécaniste de croissance et composition du fruit : Etude de la variabilité génétique des mécanismes de croissance du fruit, conception d’idéotypes et analyse des effets des transferts d’eau et de la concentration des solutés sur la croissance du fruit

Analysis and improvement of a process-based model of fruit growth and composition to explore genetic variability of fruit growth mechanisms, : design ideotypes and analyze the effects of water transfers and solutes concentrations on fruit growth

• Auteur / Autrice : Dario Constantinescu
• Direction : Michel Génard, Gilles Vercambre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences Agronomiques
• Date : Soutenance le 19/12/2019
• Etablissement(s) : Avignon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et agrosciences (Avignon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Plantes et systèmes de culture horticoles (Avignon)
• Partenaire(s) de recherche : financement : FranceAgriMer
• Jury : Président / Présidente : Laurent Urban
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Urban, Thierry Simonneau, Delphine Luquet, Yves Gibon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Simonneau, Delphine Luquet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Spécimens-types

Développement des formes (biologie)

Sols -- Transfert des solutés

croissance et développement

Tomates

Fruits -- Amélioration génétique

Mots clés libres

Croissance

Idéotype

Solutés

Modèle

Fruit

Growth

Ideotypes

Solutes

Model

Fruit

Résumé

Développer la connaissance des réponses du développement des fruits aux pratiques agricoles et aux conditions environnementales est important, depuis les sélectionneurs jusqu’aux producteurs. Cela soutiendrait la conception de pratiques agricoles permettant d’augmenter le rendement et la qualité des fruits et d’adapter la production fruitière au changement climatique, afin de satisfaire la croissance de la demande alimentaire. Le but de cette thèse était d'utiliser et d'améliorer un modèle mécaniste de croissance du fruit pour explorer la variabilité génétique de la tomate, concevoir des idéotypes de tomate plus résistants à la sécheresse, mettre en évidence des modes de circulation de l’eau et des sucres dans le système pédicel-fruit au cours de la journée, et étudier les effets des variations des concentrations en solutés dans la pulpe des fruits sur la croissance, qui détermine la qualité des fruits à la récolte. Les modèles développés ont permis de décrire de manière adéquate les processus biophysiques et métaboliques déterminant la croissance des fruits et la composition des solutés. Les résultats de simulation du modèle obtenus suggèrent que la conductivité pédiculaire et l'absorption active des sucres pourraient être des mécanismes clés pour déterminer la variabilité génétique des fruits et devraient être maximisés dans la recherche d'idéotypes. De plus, les résultats obtenus suggèrent que la régulation des flux d'eau peut générer une régulation de l'absorption diurne de sucre par le fruit et pourrait prévenir la perte d'eau au travers de la recirculation entre le xylème et le phloème et entre le phloème et l’apoplasme. Enfin, les résultats obtenus à partir d'un modèle intégré incluant la description de la croissance des fruits et du métabolisme des solutés de fruits ont mis en évidence que la variation des concentrations en acides et en minéraux due aux processus d'accumulation et de dilution pourrait avoir un impact non négligeable sur la croissance des fruits. Les études présentées dans cette thèse ont mis en évidence que l'estimation des paramètres physiologiques de la croissance des fruits et les techniques de conception et de calibration des modèles devraient être améliorées pour les rendre plus adaptés à la conception de meilleurs pratiques agricoles.

Developing knowledge on fruit development responses to agricultural practices and environmental conditions is important from breeders to growers. Indeed, this would support the design of agricultural practices that could increase fruit yield and quality and adapt fruit production to climate change, for satisfying the increasing food demand. The aim of this thesis was to use and improve a mechanistic model of fruit growth for exploring the genetic variability of tomato growth in fresh and dry mass, designing drought-resistant tomato ideotypes, underlining patterns of diurnal water and sugars flows in the pedicel-fruit system, and studying the effects on fruit growth of the variations of fruit pulp solutes concentrations that determine fruit quality at harvest. The models developed allowed to describe in an adequate way biophysical and metabolic processes determining fruit growth and solutes composition. The obtained model simulation results suggested that pedicel conductivity and sugars active uptake could be key mechanisms in determining the fruit genetic variability and should be maximized in the research of ideotypes. In addition, the obtained results suggested that water flows regulation may generate a diurnally regulated fruit sugar uptake and could prevent water loss through water recirculation between xylem and phloem and between phloem and apoplast. Finally, the results obtained from an integrating model approach including the description of fruit growth and fruit solutes metabolism highlighted that acids and minerals concentrations variation due to both accumulation and dilution processes could have a non-negligible impact on fruit growth. The works presented in this thesis have highlighted that the estimation of the fruit growth physiological parameters and the techniques of models conception and calibration should be improved to make them increasingly suitable for the design of better-suited agricultural practices.