Multiscale functional-structural plant modelling at the example of apple trees – FSPM Apple

WP2:
Modèle 3D de transport des sucres et l’eau dans la branche fructifère du Pommier
• Caractérisation de l’allocation du carbone dans les branches de Pommier sous différentes charges en pommes, avec ou sans girdling
• Développement du modèle: Implémentation du modèle de transport des sucres et de l’eau

WP3:
Analyse et modélisation de la rétroaction entre le carbone et l’eau des plantes et la croissance du Pommier. Conséquences pour la modélisation des interactions génotype x environnement
• Modélisation des effets de la génétique et du déficit hydrique sur l’architecture de l’arbre et la croissance en utilisant MAppleT
• Analyse des flux de carbone et d’eau et de la dynamique de croissance sous stress hydrique
• Développement de modèle intégré couplant MAppleT et un modèle C/eau source-puit, calibration et validation

WP4:
Analyse, paramétrisation et évaluation statistique des modèles structure-fonction multi-échelle des plantes: méthode et application au modèle Pommier
• a priori paramétrisation et analyse de la sensibilité pour les modèles Pommier
• Estimation des paramètres. Méthode et algorithme pour FSPMs multi-échelles
• Estimation des paramètres et sélection des modèles de pommier

WP2 : Étude de l’évolution au cours du temps des échanges gazeux foliaire, sous charge faible en fruits, avec ou sans girdling. Un modèle de photosynthèse développé pour simuler les effets de ces traitements sur la production de sucres au sein de la charpentière. Travaux de marquage des photoassimilats au 13C, produit au niveau de la feuille et suivre leur transport au sein de la charpentière, sur deux types de feuilles. Relevé de la topologie et la distribution géographique des organes sources et puits au sein des charpentières suivies. Paramétrisation d'un modèle de transport avec les données de ces expérimentations.
WP3 :Expérimentaion installée en verger (3 cultivars, 2 blocs), avec mesures d'eau. Relevé de la topologie (format MTG) réalisé. L’irrigation différentielle déclenchée. L’analyse des dynamiques de croissance des axes principaux de 120 individus hybrides (‘Starkrimson’ x Granny Smith’) réalisé, en fonction du temps thermique et de la disponibilité de l’eau dans le sol. Recherche de QTL réalisée sur les paramètres de la fonction représentant 2 traits architecturaux. Cette phase de prédiction et son couplage avec le modèle MAppleT visent à intégrer la variabilité génétique dans le FSPM. Qinqin Long (WP1) a contribué à la création d’une interface entre OpenAlea et GroIMP.
WP4 : Des méthodes statistiques et algorithmes mis en place permettant l’identification paramétrique des modèles tout en caractérisant leur incertitude. Estimation Bayésienne (EB) des paramètres et l’analyse de sensibilité (AS) étudiées. Traduction des modèles dans le cadre des modèles de Markov cachés: estimation jointe des paramètres et états cachés pour les modèles non linéaires. Développement des méthodes de décomposition de variance pour l'AS qui sont vraiment adaptées aux entrées corrélées. Objectif: utiliser les résultats des AS pour aider à la paramétrisation. Les 2 types de méthodes, EB et AS, sont mis en œuvre une plate-forme de modélisation développée par nous (PYGMALION).

A moitié chemin du projet, les points d’excellence du projet sont la bonne collaboration entre les trois projets appuyés par l’ANR ainsi qu’avec celui appuyé par la DFG. Ceci s’inscrit d’abord par le développement d’une interface fonctionnelle entre les deux plateformes de modélisation utilisées, OpenAlea et GroIMP. Deuxièmement, la mise en place d’une expérimentation commune en verger, utilisant les mêmes variétés et des plants nouvellement plantés, avec l’emphase sur le stress hydrique (WP3 Montpellier) et sur la charge en fruits (WP2 Angers), permettra un haut degré de comparabilité de résultats ainsi que l’utilisation des données dans les modèles du projet. Par conséquence, les résultats obtenus des arbres en 2017 seront utilisées dans un modèle commun basé sur MAppleT (OpenAlea: Montpellier) et SugarFlow (GroIMP: Angers). Ce modèle commun ainsi que ses précurseurs sera testé et optimisé utilisant les procédures offertes par WP4 (Paris). De plus, grâce aux activités de WP3 ce modèle joint représentera pour la première fois la prise en considération explicitée de l’information génotypique dans des règles morphogénétiques dans le contexte d’un modèle pommier, ainsi améliorant considérablement les prédictions du modèle. La gestion de la, complexité des modèles et de ses données sera un défi de futur dans ce projet qui peut être maitrisé par l’application des techniques avancées de l’analyse de sensibilité pour la paramétrisation (WP4).

Bayol B, Cournède P-H, Sainte-Marie J, Viaud G, Costes E, Migault V, Pallas B, Chi F, Kurth W, Long Q, Merklein J, Streit K, Buck-Sorlin GH, Poirier-Pocovi M, Pradal C. Multiscale Functional-Structural Plant Modelling at the Example of Apple Trees: Project description. IEE Proceedings of FSPMA conference, Qindao November 2016.
• Streit K., Henke M., Bayol B., Cournède P.-H., Sievänen R. and Kurth W. Impact of geometrical traits on light interception in conifers: analysis using an FSPM for Scots pine. Proceedings of FSPMA 2016.
• Pallas B., F. Reyes, C. Pradal, Costes E.,Multi-scale simulation of carbon transport in trees. Annual meeting of FSPMApple projet, 4 - 5 April, 2016, Göttingen
• Migault V., Pallas B., Costes E., Accounting for genetic and soil water restriction effects on shoot growth and organ morphology in simulations of 1-year-old apple trees. Annual meeting of FSPMApple project, 4-5 April, 2016, Göttingen
• Cournede PH, Streit K, Bayol B, Sainte-Marie J. Sensitivity Analysis as a Tool for the Parameterization of Complex Systems.
• Poirier M., Buck-Sorlin G. 2016. Modelling temporal variation of different parameters used in photosynthesis models of Thornley and Marshall & Biscoe: influence of fruit load and girdling. Workshop «Modelling tree growth and physiological processes at organ, branch and whole-tree scale«, 4 - 5 April, 2016, Göttingen, Germany
• Poirier M., Buck-Sorlin G. Modelling temporal variation of parameters used in two photosynthesis models: influence of fruit load and girdling in fruit bearing branches of apple trees. IEE Proceeding of International Conference on Functional-Structural Plant Growth Modeling, Simulation, Visualization and Applications (FSPMA 2016). 7-11 November, 2016, Qingdao, China