| Issue |
Agronomie
Volume 20, Number 6, September-October 2000
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| Page(s) | 691 - 702 | |
| DOI | https://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
(
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)
Copyright INRA, EDP Sciences 2000