Funktionelle Strukturmodellierung pflanzlicher Systeme

In Zeiten des globalen Klimawandels und des Bevölkerungswachstums steigen die Anforderungen an die Nahrungsmittelproduktion ständig. Um die zukünftige Weltbevölkerung ernähren zu können, müssen Pflanzenwissenschaftler und Agronomen neue Wege finden, um mit weniger Ressourcen mehr zu produzieren.

Functional structural modelling of crop systems
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— Figure 1: [A] At the plant level, different types of information are constantly integrated. [B] Leaf stomatas locally integrate informations from their direct exogenous such as light and Vapour-Pressure Deficit [VPD] and endogenous environments such as water pressure and abscissic acid [ABA]. [C.] Root apical meristems locally integrate local exogenous, like soil water and nutrient, and endogenous informations, such as carbon and auxin [IAA]

Anstelle eines zentralen Entscheidungszentrums wie bei Tieren haben Pflanzen Tausende von dezentralen Entscheidungszentren, die Meristeme. Jedes von ihnen ist in der Lage, auf Signale zu reagieren, um seine Struktur, sein Wachstum, seine Entwicklung und seine Funktion anzupassen. Diese Reaktion erfolgt durch die Integration von exogenen und endogenen Faktoren. Einerseits informieren exogene Faktoren die Meristeme über ihre unmittelbare Umgebung, so dass sie die beste Strategie anwenden können, um die Erfassung der umgebenden Ressourcen zu optimieren. Andererseits informieren die endogenen Faktoren jedes Meristem über die Bedürfnisse und den Status der anderen Organe (Abb. 1C). Letztlich führt die lokale Integration beider Faktoren zu komplexen, vielfältigen und plastischen Wachstums- und Entwicklungsmustern. Solche Muster sind für die Pflanze von größter Bedeutung, da sie ihre Fähigkeit bestimmen, in einer potenziell schwierigen Umwelt zu überleben.

Die Informationsübertragung steht daher im Mittelpunkt der meisten pflanzenphysiologischen Prozesse (Abb. 1A). Diese Übertragung kann unterschiedlicher Natur sein. So ist beispielsweise bekannt, dass Informationen über den Wasserzustand der Pflanze sowohl durch physikalische (z. B. Veränderungen des Wasserdrucks in verschiedenen Pflanzenorganen wie Wurzeln, Blättern oder Xylem) als auch durch biochemische (z. B. Produktion, Transport und Abbau von Abscissinsäure, ABA) Prozesse übermittelt werden (Abb. 1B).

Functional structural modelling of crop systems
Figure 2: Overview of the project

Ziel der Forschungseinheit ist es, mit Hilfe von Modellierungswerkzeugen (i) zu verstehen, wie verschiedene Signale, die Informationen transportieren, auf Pflanzenebene interagieren, übertragen und integriert werden, (ii) diskrete physiologische Erkenntnisse zu funktionellen Pflanzenprozessen zu erweitern und (iii) das Wissen von der Pflanze auf die Kulturpflanzen zu übertragen.

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n.n.

Letzte Änderung: 17.10.2024