Modelling the development of phyllotactic patterns at the shoot apical meristem of Arabidopsis thaliana
(2010)- 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) - 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)
Please use this url to cite or link to this publication:
https://lup.lub.lu.se/record/1579491
- author
- Sahlin, Patrik LU
- supervisor
- opponent
-
- Dr. Monk, Nick, University of Nottingham
- organization
- publishing date
- 2010
- 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 10:15:00
- ISBN
- 978-91-628-8063-7
- language
- English
- LU publication?
- yes
- id
- 34dd8ca8-2f4b-4b5c-9309-23a5be5218e3 (old id 1579491)
- date added to LUP
- 2016-04-04 13:03:36
- date last changed
- 2018-11-21 21:12:00
@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}},
keywords = {{systems biology; plant stem cells; computational morphodynamics; shoot apical meristem; Arabidopsis; cell division; Fysicumarkivet A:2010:Sahlin}},
language = {{eng}},
school = {{Lund University}},
title = {{Modelling the development of phyllotactic patterns at the shoot apical meristem of Arabidopsis thaliana}},
url = {{https://lup.lub.lu.se/search/files/6044978/1579506.pdf}},
year = {{2010}},
}