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Feuille d'Arabidopsis thaliana : différentes étapes de la croissance d'une feuille d'Arabidopsis thaliana, de sa formation jusqu'à une taille de 2,5 mm. Représentations moyennes obtenues avec l'application MorphoLeaf.. © Inra, Patrick Laufs

MorphoLeaf, un logiciel d’analyse de la forme des feuilles aux multiples applications en biologie

Diverses, complexes, les formes des feuilles sont difficiles à mesurer. Des chercheurs de l’Inra et de l’ENS1 de Lyon  ont développé MorphoLeaf, un logiciel sensible et performant qui permet de quantifier et de modéliser les caractéristiques morphologiques des feuilles. Son caractère générique permet d’ores et déjà de l’appliquer à d’autres objets. Ces résultats sont publiés le 13 septembre 2016 dans la revue Development.

Mis à jour le 19/09/2016
Publié le 16/09/2016

Simples ou composées, avec des bords lobés, dentelés ou lisses, les feuilles arborent des formes tout autant complexes que diverses. L’analyse de leur morphologie représente donc un vrai challenge pour la discipline scientifique qui étudie et analyse ces formes, la morphométrie. Un autre challenge est de reconstituer la mise en place de ces formes au cours de l’édification d’une plante.
Des chercheurs de l’Inra et de l’ENS de Lyon1 ont développé MorphoLeaf, un logiciel d’analyse de la morphologie des feuilles en 2D qui prend en compte la variabilité de leurs formes. Un outil performant et simple d’utilisation dont les domaines d’application sont par ailleurs nombreux.

MorphoLeaf, un logiciel d’analyse de la morphologie foliaire...

Feuille d'Arabidopsis thaliana : différentes étapes de la croissance d'une feuille d'Arabidopsis thaliana, de sa formation jusqu'à une taille de 2,5 mm. Représentations moyennes obtenues avec l'application MorphoLeaf.. © Inra, Patrick Laufs
Feuille d'Arabidopsis thaliana : différentes étapes de la croissance d'une feuille d'Arabidopsis thaliana, de sa formation jusqu'à une taille de 2,5 mm. Représentations moyennes obtenues avec l'application MorphoLeaf. © Inra, Patrick Laufs
A la faveur d’une approche pluridisciplinaire alliant mathématiques, informatique et biologie, les chercheurs ont développé une méthode automatique qui permet d’extraire et de hiérarchiser les points remarquables du contour de feuilles d’architectures différentes. Intégrée dans l’application MorphoLeaf (http://morpholeaf.versailles.inra.fr/), cette méthode permet plus largement de quantifier les caractéristiques morphologiques à différentes échelles. Ainsi, les chercheurs analysent la taille, la forme générale de la feuille ainsi que des structures plus fines telles que les lobes et les dents. MorphoLeaf permet également de modéliser la morphologie foliaire en générant des formes moyennes représentatives.

Grâce à MorphoLeaf, les scientifiques ont pu exploiter un millier d’images pour reconstituer la dynamique de développement de la feuille de la plante modèle Arabidopsis thaliana, de sa naissance à son stade mature. Ils ont ainsi montré que le polymorphisme foliaire, ou hétéroblastie, observé chez la plante adulte passe par des voies de développement qui divergent très tôt.

...pour des utilisations nombreuses

Le gène CUC2 est un régulateur-clé du développement du bord de la feuille. La comparaison de la morphologie foliaire de plantes sauvages ou mutées pour ce gène a permis, grâce à MorphoLeaf, d’explorer plus avant son rôle. Il serait double, avec d’une part une répression locale de la croissance à l’origine des creux séparant les dents, et d’autre part une stimulation à distance de la croissance qui contribue à la formation des pointes.
Enfin, les scientifiques ont montré que MorphoLeaf est plus généralement un outil performant pour l’analyse 2D d’objets biologiques complexes en l’appliquant à la main humaine. A partir des points remarquables nécessaires pour mesurer la longueur des doigts, MorphoLeaf permet de calculer l’indice de Manning (2D/4D) donné par le rapport de la longueur entre l'index (doigt 2D) et l'annulaire (doigt 4D). Ce rapport reflète le taux d’hormones auquel le fœtus a été exposé in utero et serait corrélé avec différentes caractéristiques (comportement, fertilité ou encore risques de maladies).

L’application MorphoLeaf constitue un outil efficace pour quantifier et représenter avec précision la morphologie complexe des feuilles en rendant compte de leur forme globale et des détails de la forme de leurs bords. Le caractère générique de MorphoLeaf permet d’ores et déjà de l’appliquer à d’autres objets ou études morphométriques.

[1] Sont impliqués dans ces travaux des chercheurs de l’Institut Jean-Pierre Bourgin (Inra, AgroParisTech, CNRS) et du laboratoire de reproduction et de développement des plantes (Inra, ENS de Lyon, CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1).

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Patrick Laufs (01 30 83 30 14) Institut Jean-Pierre Bourgin (Inra, AgroParisTech, CNRS)
  • Jasmine Burguet (01 30 83 30 27 ) Institut Jean-Pierre Bourgin (Inra, AgroParisTech, CNRS)
Contact(s) presse :
Inra service de presse (01 42 75 91 86)
Département(s) associé(s) :
Biologie et amélioration des plantes
Centre(s) associé(s) :
Versailles-Grignon

Référence

E. Biot, M. Cortizo, J. Burguet, A. Kiss, M. Oughou, A. Maugarny-Calès, B. Gonçalves, B. Adroher, P. Andrey, A. Boudaoud & P. Laufs. Multiscale quantification of morphodynamics : Morpho-2Dynamics, a platform for 2-D shape analysis. Development (2016). doi: 10.1242/dev.134619