Illustration prédire les phénotypes

Prédire

Prédire

Axe 2 : Prédiction des phénotypes et réponses aux changements de champs de contraintes

Cet axe porte sur la prédiction des phénotypes de la cellule à l’individu et à la population, de leurs fonctionnalités et des réponses aux changements de champs de contraintes (environnement biotique et abiotique, modes de gestion, pratiques).

L’un des défis de la biologie numérique tient à l’élaboration, la comparaison et l’amélioration de méthodes d’apprentissage, en les adaptant de façon à intégrer les données multi-sources (omiques, capteurs, environnement, données issues de démarches participatives). La modélisation de processus biologiques et physiologiques permettant le développement d’approches prédictives et la simulation de systèmes biologiques complexes constituent également des enjeux majeurs. Il s’agit notamment de tester la robustesse de modèles construits dans l’axe 1, en les soumettant à des conditions fluctuantes (internes ou externes).

Ces recherches incluent des approches prédictives reposant sur la modélisation, l’assimilation de données et le couplage entre les approches dites « datadriven » et « concept-driven », en tenant compte  des dimensions essentielles de la prédiction que sont la planification, la quantification des incertitudes et l’évaluation de la qualité prédictive.

Thématiques de recherche

  • La prédiction génomique ;
  • La prise en compte de l’ensemble des facteurs transmissibles - qu’ils soient génétiques ou non - dans la prédiction du potentiel d’un individu à transmettre ses caractéristiques à sa descendance ;
  • L’application de ces méthodes pour identifier des bio-marqueurs d’état ou de potentiel des organismes (niveau de résistance, niveau de stress, …), ou des cibles génétiques pour l’optimisation de réseaux métaboliques ;
  • La prédiction des impacts de scénarios complexes d’exposition chimique et biologique sur la physiologie (de l’échelle de la cellule à celle de l'individu) ;
  • La mobilisation des informations d’état (phénotype, génome, environnement) et des connaissances sur les processus aux échelles des organismes (et infra) pour prédire le fonctionnement et les trajectoires de populations à différentes échelles spatiales et/ou temporelles.

Défis méthodologiques

  • Sélectionner les méthodes d’apprentissage les mieux adaptées à un problème donné, déterminer leurs apports et de leurs limites pour détecter des structures complexes ou des signaux faibles dans les données ;
  • Construire et simuler des modèles intégratifs avec de bonnes capacités prédictives, permettant de distinguer les effets de facteurs confondus dans les données ;
  • Accéder à des quantités non observables par l’inversion de modèles (e.g. estimation de la valeur de traits) ;
  • Accroître la qualité et la robustesse de la prédiction (avec les questions sous-jacentes de planification et d’échantillonnage, d’évaluation de l’incertitude, de prise en compte de changements d’environnements).

Dans ce dossier

Thèse d'Antoine Bourlier (PRC, 2022-2025). L’essor de méthodes d’imagerie cérébrale génère une masse considérable de données morphologiques et fonctionnelles. Pour autant, leur exploration puis leur comparaison au cours du temps pour un individu, entre individus, et plus encore entre espèces différentes n’ont pu être que partielles.
Pour survivre, les plantes doivent puiser dans le sol de l'eau et de nombreux nutriments. Ces ressources sont inégalement réparties et les plantes doivent explorer le sol pour les trouver. Cette exploration nécessite l'extension des racines, ce qui représente un développement coûteux pour la plante.
Le développement de la sélection génomique - et des autres analyses « omiques » telles que la métagénomique, transcriptomique, métabolomique et protéomique - permet aujourd’hui de caractériser les animaux grâce à des milliers de mesures. Ces données massives sont intégrées dans des modèles, afin de prédire des caractères de production avec la plus grande précision possible.
embryons
Un enjeu majeur de la fécondation in vitro (FIV) est la sélection du « meilleur » embryon, c’est-à-dire le plus apte à s’implanter dans la muqueuse utérine. Le consortium BovMovie2Pred vise à proposer des solutions pour aider à la sélection précoce d’embryons bovins afin d’augmenter le pourcentage de naissances viables issues d’embryons fécondés in vitro.
Aujourd’hui, l’agriculture doit faire face à de nombreux défis, parmi lesquels le développement de certains pathogènes lié à la diminution de l’utilisation d’intrants dans un objectif d’agriculture durable ou aux effets du changement climatique. Dans ce contexte, de nombreuses questions se posent à court terme sur les capacités adaptatives de ces bio-agresseurs. Un insecte ravageur résistera t-il à la prochaine vague de chaleur ? Ou sera-t-il au contraire très affecté par la hausse des températures et cessera t-il d’être une menace ?
Illustration thèse confinancée
Thèse de Maxime Delmas (Toxalim, soutenue en 2022). Les études en métabolomiques visent à extraire une signature métabolique (liste de métabolites) liée à une condition expérimentale particulière. Ces signatures permettent d'identifier des biomarqueurs ou de classer des individus, mais leur interprétation biologique et physiologique reste un défi. Ceci est essentiel, par exemple, lorsque l'objectif est d'associer les signatures métaboliques à des effets pathologiques potentiels.
Illustration thèse confinancée
Thèse de Fanny Mollandin (GABI, soutenue en 2022). La sélection génomique a été mise en œuvre avec succès dans de nombreux programmes d'élevage au cours de la dernière décennie. L'un des moyens proposé récemment pour l'améliorer est l'utilisation de la biologie sous-jacente comme source complémentaire d'informations pour guider les prédictions pour les traits complexes.
Illustration thèse confinancée
Thèse de Camille Juigné (PEGASE, soutenue en 2023). Les phénotypes individuels d’intérêt susceptibles de contribuer à des systèmes de productions animales durables sont sous la dépendance de caractères complexes, au sens où un grand nombre de voies biologiques internes à l’animal sont impliquées. A l’échelle de l’organisme animal, il est important de définir quels sont les éléments-clés susceptibles de jouer un rôle pivot dans le contrôle du caractère et les interdépendances entre les réseaux d’entités biologiques qui y contribuent.
Illustration thèse confinancée
Thèse d'Annaig de Walsche (GQE, 2022-2025). La détection de régions du génome (QTL, quantitative trait loci) associées à une variable réponse d’intérêt (phénotype) est un objectif classique de la statistique génétique, afin de reconstituer l’architecture génétique qui sous-tend la variabilité du phénotype. L’objectif de cette thèse est de développer un ensemble de méthodes pour la détection de QTLs à partir de panels caractérisés dans des expérimentations multi-environnements
Illustration thèse confinancée
Thèse de Solen Farra (ECOSYS, 2022-2025). L’association d’une culture de rente avec une légumineuse gélive est un levier pour réduire la dépendance aux intrants azotés de synthèse qui nécessite de bien connaître et contrôler les compétitions inter-espèces pour l’acquisition des ressources. Cette thèse propose de répondre à ce défi dans le cas d'une association entre un colza et une féverole dans un contexte de diversification des cultures pour l'agroécologie.
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Date de modification : 06 octobre 2023 | Date de création : 10 janvier 2022 | Rédaction : Com