1. Using numerical plant models and phenotypic correlation space to design achievable ideotypes
- Author
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Picheny, Victor, Casadebaig, Pierre, Trepos, Ronan, Faivre, Robert, Da Silva, David, Vincourt, Patrick, Costes, Evelyne, UMR : AGroécologie, Innovations, TeRritoires, Ecole Nationale Supérieure Agronomique de Toulouse, Unité de Mathématiques et Informatique Appliquées de Toulouse (MIAT INRA), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Amélioration génétique et adaptation des plantes méditerranéennes et tropicales (UMR AGAP), Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro), Laboratoire des interactions plantes micro-organismes (LIPM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), AGroécologie, Innovations, teRritoires (AGIR), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Architecture et Fonctionnement des Espèces Fruitières [AGAP] (AFEF), and Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
- Subjects
plant architecture ,performance de production ,production functions ,sunflower ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,pommier ,Quantitative Biology - Quantitative Methods ,Models, Biological ,modèle structure fonction ,apple tree ,Quantitative Biology - Populations and Evolution ,Quantitative Methods (q-bio.QM) ,méthode d'optimisation ,Populations and Evolution (q-bio.PE) ,simulation numérique ,Numerical Analysis, Computer-Assisted ,tournesol ,Phenotype ,corrélation phénotypique ,FOS: Biological sciences ,numerical simulation ,Malus ,Feasibility Studies ,Helianthus ,modèle de production ,architecture de la plante - Abstract
Numerical plant models can predict the outcome of plant traits modifications resulting from genetic variations, on plant performance, by simulating physiological processes and their interaction with the environment. Optimization methods complement those models to design ideotypes, i.e. ideal values of a set of plant traits resulting in optimal adaptation for given combinations of environment and management, mainly through the maximization of a performance criteria (e.g. yield, light interception). As use of simulation models gains momentum in plant breeding, numerical experiments must be carefully engineered to provide accurate and attainable results, rooting them in biological reality. Here, we propose a multi-objective optimization formulation that includes a metric of performance, returned by the numerical model, and a metric of feasibility, accounting for correlations between traits based on field observations. We applied this approach to two contrasting models: a process-based crop model of sunflower and a functional-structural plant model of apple trees. In both cases, the method successfully characterized key plant traits and identified a continuum of optimal solutions, ranging from the most feasible to the most efficient. The present study thus provides successful proof of concept for this enhanced modeling approach, which identified paths for desirable trait modification, including direction and intensity., Comment: 25 pages, 5 figures, 2017, Plant, Cell and Environment
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- 2017
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