Advanced

Modelling the development of phyllotactic patterns at the shoot apical meristem of Arabidopsis thaliana

Sahlin, Patrik LU (2010)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Fyllotaxi är läran om blad, löv, och andra växtorgans placering. Ordet

fyllotaxi har sitt ursprung i de grekiska orden för 'blad' och

'organisation', och mönsterbildning i växter har studerats sedan

antiken. Mönster i naturen har alltid intresserat människan och

fantasieggande kopplingar till matematiken gör sig ständigt till

känna. I många växter bildar växtorgan mönster av spiraler som är nära

sammankopplade med den så kallade Fibonacci-serien. Fibonacci-serien

är en serie av heltal där varje tal i serien är summan av de två

föregående talen (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, o.s.v.). Kvoten mellan två

efterföljande tal i... (More)
Popular Abstract in Swedish

Fyllotaxi är läran om blad, löv, och andra växtorgans placering. Ordet

fyllotaxi har sitt ursprung i de grekiska orden för 'blad' och

'organisation', och mönsterbildning i växter har studerats sedan

antiken. Mönster i naturen har alltid intresserat människan och

fantasieggande kopplingar till matematiken gör sig ständigt till

känna. I många växter bildar växtorgan mönster av spiraler som är nära

sammankopplade med den så kallade Fibonacci-serien. Fibonacci-serien

är en serie av heltal där varje tal i serien är summan av de två

föregående talen (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, o.s.v.). Kvoten mellan två

efterföljande tal i serien går mot vad som brukar kallas för det

gyllene snittet. När ett nytt växtorgan skapas bildar det tillsammans

med det föregående organet en vinkel. Vinkeln är ofta lika med

137,5 grader -- kallad den gyllene vinkeln -- vilken är nära

besläktad med det gyllene snittet. När växten skapar nya organ skapas

en spiral, men det mänskliga ögat uppfattar även att organen bildar

ett antal spiraler i både mot- och medurs riktning. Räknar man antalet

spiraler i vardera riktning är dessa två tal -- för många växter --

lika med två efterföljande tal i Fibonacci-serien.



Trots att människan har studerat mönsterbildning i växter i flera

tusen år kommer den större delen av vår förståelse för de

underliggande biologiska processerna från forskning utförd under de

senaste tre-fyra decennierna. Ny teknik har skapat möjligheter att

undersöka utvecklingen från frö till fullvuxen

växt. Konfokalmikroskopi har gjort det möjligt att skapa

tredimensionella modeller av växter som kan studeras och användas vid

modellering och datorsimuleringar. Med hjälp av biologiska markörer är

det även möjligt att följa geners och proteiners uttryck i tid och

rum.



I den här avhandlingen använder vi modeller för att studera olika

aspekter av mönsterbildning i skottet av växten Arabidopsis

thaliana -- eller backtrav som är växtens svenska namn. I de fem

artiklar som ingår i avhandlingen tittar vi närmare på ett

självreglerande gennätverk i skottet, anisotropisk tillväxt av celler,

celldelning, samt intercellulär transport av växthormonet auxin. I

nära samarbete med biologer utvecklar vi matematiska modeller som

uttrycks i form av ordinära differentialekvationer. Vi använder sedan

analytiska, numeriska, och statistiska metoder för att analysera

modellerna. Analyserna leder till förutsägelser som kan testas i nya

experiment.



I avhandlingen står Arabidopsis thaliana i

fokus. Arabidopsis är på grund av sin korta livscykel och

modesta storlek en av de mest studerade modelorganismerna. Även vi

väljer att studera Arabidopsis, men resultaten som

presenteras i den här avhandlingen är även applicerbara på andra

växter. Än är våra studier begränsade till grundforskning, men

förhoppningar finns att forskningen ska leda till praktiska

tillämpningar inom jordbruket och -- den för Sverige viktiga --

skogsindustrin. (Less)
Abstract
The study of phyllotactic patterns have a long history, but the bulk

of our detailed understanding of developmental processes in plants

comes from research conducted in the last thirty or forty years. New

modern techniques have made it possible to study plants in ways that

previously was not possible. Using confocal microscopy it is possible

to generate three-dimensional stacks of images of a plant, and series

of stacks makes it possible to follow the development in time. In

combination with biological markers, gene and protein expression

patterns can be followed both in time and space. This new type of data

plays an important role in the modern development of... (More)
The study of phyllotactic patterns have a long history, but the bulk

of our detailed understanding of developmental processes in plants

comes from research conducted in the last thirty or forty years. New

modern techniques have made it possible to study plants in ways that

previously was not possible. Using confocal microscopy it is possible

to generate three-dimensional stacks of images of a plant, and series

of stacks makes it possible to follow the development in time. In

combination with biological markers, gene and protein expression

patterns can be followed both in time and space. This new type of data

plays an important role in the modern development of mathematical and

computational models of developmental processes in plants.



In this thesis we study different aspects of the development of

phyllotactic patterns at the shoot apical meristem of Arabidopsis

thaliana; the self-regulating feedback network of the WUSCHEL and

CLAVATA genes, anisotropic growth of plant cells, cell division in the

epidermal layer of the meristem, and intercellular transport of the

plant hormone auxin. A systems biology approach is taken to make

models from experimental data. All models are represented

mathematically by ordinary differential equations and a toolbox of

both analytical, numerical, and statistical methods is used to analyse

the models. Using computer simulations and the following data analysis

we provide predictions that can be tested in experiments. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Dr. Monk, Nick, University of Nottingham
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
systems biology, plant stem cells, computational morphodynamics, shoot apical meristem, Arabidopsis, cell division, Fysicumarkivet A:2010:Sahlin
pages
112 pages
defense location
Lundmarksalen, Astronomihuset
defense date
2010-04-30 10:15
ISBN
978-91-628-8063-7
language
English
LU publication?
yes
id
34dd8ca8-2f4b-4b5c-9309-23a5be5218e3 (old id 1579491)
date added to LUP
2010-03-24 11:09:03
date last changed
2016-09-19 08:45:16
@phdthesis{34dd8ca8-2f4b-4b5c-9309-23a5be5218e3,
  abstract     = {The study of phyllotactic patterns have a long history, but the bulk<br/><br>
of our detailed understanding of developmental processes in plants<br/><br>
comes from research conducted in the last thirty or forty years. New<br/><br>
modern techniques have made it possible to study plants in ways that<br/><br>
previously was not possible. Using confocal microscopy it is possible<br/><br>
to generate three-dimensional stacks of images of a plant, and series<br/><br>
of stacks makes it possible to follow the development in time. In<br/><br>
combination with biological markers, gene and protein expression<br/><br>
patterns can be followed both in time and space. This new type of data<br/><br>
plays an important role in the modern development of mathematical and<br/><br>
computational models of developmental processes in plants.<br/><br>
<br/><br>
In this thesis we study different aspects of the development of<br/><br>
phyllotactic patterns at the shoot apical meristem of Arabidopsis<br/><br>
thaliana; the self-regulating feedback network of the WUSCHEL and<br/><br>
CLAVATA genes, anisotropic growth of plant cells, cell division in the<br/><br>
epidermal layer of the meristem, and intercellular transport of the<br/><br>
plant hormone auxin. A systems biology approach is taken to make<br/><br>
models from experimental data. All models are represented<br/><br>
mathematically by ordinary differential equations and a toolbox of<br/><br>
both analytical, numerical, and statistical methods is used to analyse<br/><br>
the models. Using computer simulations and the following data analysis<br/><br>
we provide predictions that can be tested in experiments.},
  author       = {Sahlin, Patrik},
  isbn         = {978-91-628-8063-7},
  keyword      = {systems biology,plant stem cells,computational morphodynamics,shoot apical meristem,Arabidopsis,cell division,Fysicumarkivet A:2010:Sahlin},
  language     = {eng},
  pages        = {112},
  school       = {Lund University},
  title        = {Modelling the development of phyllotactic patterns at the shoot apical meristem of Arabidopsis thaliana},
  year         = {2010},
}