Il s’agit ici d’associer la puissance du modèle Arabidopsis aux concepts de la génétique quantitative (recherche de QTLs, génétique d’association). L’objectif est la caractérisation génétique, physiologique, moléculaire et évolutive de caractères complexes impliqués dans la biologie de l’espèce, en particulier réponses aux contraintes de l’environnement biotique et abiotique et stratégies d’adaptation.
Notre but est non seulement de caractériser finement les réponses et les stratégies d’adaptation au milieu, leur base génétique et physiologique, mais aussi d’isoler et de caractériser les gènes et les protéines impliqués. La mise en perspective de ces informations et leur insertion dans des modèles écophysiologiques ou évolutifs permettra une meilleure compréhension et une maîtrise accrue des peuplements végétaux naturels et cultivés.

L'Institut Jean-Pierre Bourgin héberge le Centre de Ressources Biologiques pour l’espèce Arabidopsis thaliana et à ce titre, a établi une ressource unique constituée d’une trentaine de jeux de 500 lignées recombinantes (RIL). L’ensemble de ces ressources biologiques et génétiques offre un potentiel expérimental unique, qui n’a jamais été développé pour aucune espèce vivante. Pour l’exploitation efficace de ce matériel, la qualité des estimations phénotypiques, la possibilité de répétitions expérimentales, et la réduction des sources de variation non contrôlée jouent fortement sur la puissance du dispositif. La qualité de l’estimation phénotypique doit donc concorder avec les ressources mises en place. Dans ce cadre, notre objectif est la conception et le développement de systèmes automatisés pour la culture et le suivi de plantes d'Arabidopsis en conditions contrôlées et homogènes.

Pour Arabidopsis thaliana, espèce de petite taille, les micro-variations climatiques (échelle centimétrique) sont impossibles à contrôler précisément, notamment au sein de chambres de culture. Ces chambres, pour lesquelles des consignes globales de température, lumière et hygrométrie peuvent être appliquées, montrent malgré tout une grande hétérogénéité, notamment en terme de flux d’air et donc de température. Ces caractéristiques sont particulièrement gênantes pour l’application de contraintes hydriques contrôlées. Les serres montrent une meilleure homogénéité, mais n’autorisent un contrôle climatique que dans une fenêtre très étroite et ne permettent pas de répéter les expériences dans des conditions satisfaisantes.
D'autre part l’application de contraintes environnementales constantes ou variables, sur plantes individuelles, nécessite un ajustement précis et régulier, notamment pour des contraintes de type hydrique ou nutritionnel. Dans l'objectif d'une évaluation phénotypique précise de plusieurs milliers de plantes individuelles, dans un environnement contrôlé et homogène, seul un banc automatisé de culture et de mesure de plantes d'Arabidopsis est envisageable.

Un prototype d'automate de culture a été réalisé en collaboration avec l'ISEP (Institut Supérieur d'Electronique de Paris) et l'entreprise CEGS-DESTEC.

Chaque automate permet la culture de plus de 700 plantes d'arabidopsis. Les supports de culture sont en mouvement permanent, de manière à procurer aux plantes un environnement moyen parfaitement homogène. A chaque cycle, chaque plante est pesée, ajustée en eau et en éléments minéraux selon un scénario individuel défini en début d'expérience. Une station de mesure est équipée de capteurs (imagerie visible, infrarouge ou de fluorescence, etc) pour l'évaluation de paramètres développementaux et physiologiques sur les plantes, et permet de quantifier leur réponse à différents facteurs de l'environnement.