Modellierung der Morphologie von Arabidospis thaliana

Präsentation zum Thema: "Modellierung der Morphologie von Arabidospis thaliana"—  Präsentation transkript:

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

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

5 Teil I Topologisches Modell

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 Prototyping: Blätter - Morphologie

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 Prototyping: ABC - Netzwerk

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 Wie wird das Gen nun durch seine Allele bestimmt ?
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 * Gilt nur für ABC-Blühgene (Super)Dominanz des Gens

19 ( = Zur Modellierung von Genaktiväten) Bestehend aus:
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