Issue
Agronomie
Volume 20, Number 6, September-October 2000
Page(s) 691 - 702
DOI http://dx.doi.org/10.1051/agro:2000161
DOI: 10.1051/agro:2000161

Agronomie 20 (2000) 691-702

Simulating the morphology of barley spike phenotypes using genotype information

Gerhard Hartwig Buck-Sorlin - Konrad Bachmann

Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research, Corrensstr. 3, 06466 Gatersleben, Germany

(Received 17 February 2000; accepted 31 May 2000)

Abstract:

A computer graphic L-system-model simulating the final morphology of the barley (Hordeum vulgare L.) spike is presented. By applying different parameter sets to growth and branching rules, natural variation in spike morphology can be modelled visually. The biological relevance of the simulated phenotypes is enhanced in various ways: (1) constraints arising from parameter correlations are considered in the growth rules; (2) parameters are chosen to mimic the plant's morphology; (3) their ranges are based on those of real plants. The model is designed to predict and visualize phenotypes corresponding to diploid multigenic genotypes. Those are assembled from lists of alleles belonging to specified genes (or QTLs). Interactions of alleles (dominance, additivity) and of genes (epistasis) are computed from measurements to predict values of morphological variables. Two examples illustrate the principles of the model: spikelet rows and awn length. The use of quantitative data supplied by analysis of QTLs is considered.


Keywords: Hordeum vulgare L. / morphological model / barley / genotype specification / L-system

Résumé:

Simulation de la morphologie des phénotypes de l'épi d'orge à partir de l'information génotypique. Un modèle basé sur des L-systèmes simulant la morphologie finale de l'épi d'orge (Hordeum vulgare L.), est présenté. Les variations naturelles de morphologie de l'épi sont modélisées et reproduites visuellement grâce à l'utilisation de différents jeux de paramètres modifiant les règles de croissance et de ramification. La pertinence biologique des phénotypes simulés est accrue de diverses façons : (1) les contraintes relatives aux corrélations entre paramètres sont prises en considération dans les règles de croissance, (2) les paramètres sont choisis en vue d'imiter la morphologie de la plante, (3) l'étendue de la variation des paramètres repose sur des observations faites sur les plantes réelles. Le modèle vise à prédire et visualiser des phénotypes correspondant à des génotypes diploides multigéniques. Ceux-ci sont créés à partir des listes d'allèles appartenant à des locus spécifiques (ou QTLs). Les interactions entre allèles (dominance/additivité) ou entre gènes (effets epistatiques) sont calculées en utilisant les connaissances fournies par les études génétiques expérimentales et permettent la prédiction des valeurs de variables morphologiques. Deux exemples illustrent les principes du modèle : le nombre de rangs d'épillets et la longueur des barbes. L'intégration dans le modèle des données quantitatives sur les effets des QTLs est envisagée.


Mots clé : Hordeum vulgare L. / modèle morphologique / orge / génotype / L-système

Correspondence and reprints: Gerhard Hartwig Buck-Sorlin
e-mail: buck@ipk-gatersleben.de

Communicated by Philippe Brabant (Gif-sur-Yvette, France)

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