Modellierung der Morphologie von Arabidospis thaliana

1. Modellierung der Morphologie von Arabidospis thaliana Daniel Skoraszewsky, Enrico Altmann

2. Überblick

3. Aufgabenstellung • Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) in XL / GroIMP modellieren, dabei: • Wachstum (zeitliche Entwicklung) • Modell mit biometrischen Parametern • Verknüpfung genetischer Informationen • Modellierung von Arabidopsis-Mutanten (Mutation hat Auswirkungen auf Blüten und Längenwachstum der Stängel)

4. Vorgehen 1. Erstellung des Topologischen Modells (nach Mündermann) 2. Prototyping: Arabidopsis-Bältter 3. Prototyping: ABC-Netzwerk 4. Integration

5. Topologisches Modell Teil I

6. Mündermann - Modell • Implementierung des Architektur- • Modells (nach Mündermann) • Berücksichtigung von • biometrischen Parametern • (Wachstumslängen, Wachstums- • raten,...) • dabei Benutzung der • Boltzmann- Funktion

7. Boltzmann - Funktion • Boltzmann-Funktion • Boltzmann-Funktion • hilft dabei die • Wachstumsraten natur- • gerecht abzubilden

8. Prototyping:Blätter - Morphologie Teil II

9. Blätter - Modellierung • Modellierung der • Blätterform durch • festgelegte Punktmenge • (anhand des jeweiligen • Blattes, dies wird mittels • Parameter festgelegt)

10. Blätter - Modellierung • Punkte werden mittels • Splinefunktion • verbunden

11. Blätter - Modellierung • Einzeichnen der Blatt- • achse • Berücksichtigung der • Krümmung des Blattes • (anhand Blattgröße und • dadurch bedingte • Eigenlast des Blattes)

12. Blätter - Modellierung • über Blattaußenkante • und Mittelachse wird • eine Haut gelegt • (SKIN-Fläche = • NURB-Fläche)

13. Blätter - Modellierung • simultan für die • andere Seite

14. Blätter - Modellierung

15. Prototyping:ABC - Netzwerk Teil III

16. Geninterpretation • ABC – Blühgene bestimmen Phänotyp der Arabidopsis – Blüten • Anderes Gen IL bestimmt Längenwachstum der Stängel(IL = internode length) • Genom = [ (Allel A1, Allel A2) , verwendetes (Allel B1, Allel B2), „Modell“-Genom (Allel C1, Allel C2), für (Allel IL1, Allel IL2) ] Arabidopsis

17. Geninterpretation , wobei für die Allele gilt: Alelle Ax, Bx, Cx: {0 , 1, 2} mit x = {1,2} , weiterhin gilt: Alelle ILx: { 0 , 1 } mit x = {1,2} Damit gelingt es, Rezessivität und Dominanz zu modellieren!!! rezessiv dominant superdominant rezessiv dominant

18. Geninterpretation • Wie wird das Gen nun durch seine Allele bestimmt ? a1 a2 0 0 0 1 1 0 1 1 0 2 2 0 2 1 ... ... Verlust der Gen(aktivität) Wildtyp (Super)Dominanz des Gens * Gilt nur für ABC-Blühgene

19. Regulatives Netzwerk • ( = Zur Modellierung von Genaktiväten) • Bestehend aus: • Gendefinitionen/ Faktordefinitionen (Anfangskonzentration,Abbaurate,...) • Dynamische Prozess(e) (Aktivierung/ Repression von einzelnen Genen, Veränderung von Konzentrationswerten)

20. Dynamik im Regulativen Netzwerk • Synthese: • Zerfall: • ! Änderung von cp zum Zeitpunkt t

21. Beispiel für ein Regulatives Netzwerk (ABC) • Zur Modellierung des Phänotyps der Arabidopsis-Blüte(n) activate( ) repress( )

22. Beispiel für ein Regulatives Netzwerk (ABC) • liefert folgende Ergebnisse: • Anhand der Faktorkonzentrationen wird entschieden welche Blütenblätter gerade gebildet werden

23. Modellierung von Mutation • Für Modellierung von Arabidopsis-Blüte(n) Mutationen gilt: Verlust des Gens = Faktorkonz. bleibt unverändert! „Superdominaz“ des Gens = Gen-Überproduktion! (constitutive-Summanden)

24. Blüten - Mutationen Gen A superdominant Verlust von Gen A

25. Blüten -Mutationen Gen A superdominant Verlust von Gen A

26. Blüten -Mutationen Gen B superdominant Verlust von Gen B

27. Blüten -Mutationen Gen B superdominant Verlust von Gen B

28. Blüten -Mutationen Gen C superdominant Verlust von Gen C

29. Blüten -Mutationen Gen C superdominant Verlust von Gen C