Formes et mouvements gravitropiques des tiges végétales: Modèle universel et phénotypage - Laboratoire de Physique et Physiologie Intégratives de l'Arbre Fruitier et Forestier Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Forms and gravitropic movements of plants stems: Universal modelling and phenotyping

Formes et mouvements gravitropiques des tiges végétales: Modèle universel et phénotypage

Résumé

Most of the plants are mostly vertical and straight on all or a part of their aerial systems. To reach this postural shape, stems display complex movements related to environmental perceptions, gravity for instance, or internal perceptions, the own deformation of the organ. When a stem is tilted from the vertical, without light, it starts to curve locally in order to align each part of its axis vertically. During this movement, different transitory shapes can be observed, depending on the species. Some stems never overshoot the vertical whereas others display C-shape or even S-shape. A minimal dynamical modeling of the gravitropic movement has been developed. This modeling only depends on two parameters. A first parameter describes the way the plants curve in order to reach the vertical, the graviceptive term. The second term describes the proprioception, tending to reduce the curvature of the organ. A gravipropriotropic steady state, between straightening and curvature of the stem, is then reached. An adimensionless number, B, can then be defined as the ratio between the graviceptive and propioceptive sensitivities . This unique number describes at the same time, the steady state shape and the transient movements displayed. It allows to compare several species even if their characteristic time and length are quite different. An experimental estimation of B is proposed as the rate of the length of the curved zone on the final shape on the effective length of the stem. The comparison of the estimation of B with a simple description of the transitory shapes of the movement was in accordance with the gravirpopiceptive model. Moreover,this sets a phenotyping protocole for plant gravitropism. More advanced analysis of deviations between the model and the experiments demonstrates that elongation and apical influences are second order. We also found a non trivial relation between oscillating propagative behaviour of elongation rate and curvature rate. This suggests a better regulation than expected probably linked to auxin polarised transport and cell elongating motor cycle.
La plupart des plantes maintiennent activement une posture érigée (principalement verticale et rectiligne) de tout ou partie de leur système aérien. Pour réaliser cela, les tiges développent des mouvements complexes. Lorsqu'une plante est penchée par rapport à la verticale en l'absence de la lumière, elle va se courber de sorte à se redresser. Des formes transitoires sont alors observés, différentes suivant les espèces, certaines ne dépassant jamais localement la verticale, lorsque d'autres présentent des formes en C, voire en S. Nous avons développé un modèle dynamique minimal qui ne dépend que de deux termes. Le premier terme, graviceptif, amène la tige à se courber vers le haut, tant qu'elle n'est pas verticale, et le deuxième, proprioceptif, tend au contraire à réduire la courbure pour maintenir la tige rectiligne. Un équilibre proprio-gravitropique, entre la verticalité et la courbure de la plante, est alors atteint. Un nombre sans dimension, B, rapport des sensibilités relatives, permet de décrire à la fois la dynamique et la forme d'équilibre et ainsi de comparer des espèces présentant des échelles très différentes, en taille ou en temps. Une estimation de B à partir de la mesure de la longueur en croissance et de la longueur de la zone courbée sur la forme finale, et de caractérisation simples des formes transitoires montre que le modèle graviproprioceptif capture bien les différentes transitions possibles. Cela permet de proposer un protocole simple de phénotypage des plantes. Une analyse cinématique fine de la croissance élongationelle et des courbures liées à la croissance différentielle mets en évidence d'autres effets plus subtils, comme un comportement oscillatoire propagatif couplé entre vitesse de croissance élongationelle et courbure-décourbure active. Cela suggère une régulation plus fine, probablement en lien avec le transport polarisé d'auxine et une croissance cellulaire rythmique.
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Dates et versions

tel-00764999 , version 1 (13-12-2012)

Licence

Paternité

Identifiants

Citer

Renaud Bastien. Formes et mouvements gravitropiques des tiges végétales: Modèle universel et phénotypage. Biomécanique [physics.med-ph]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2010. Français. ⟨NNT : 2010PA077241⟩. ⟨tel-00764999⟩
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