Poster

Teilprojekt 9: Techniken der Informatik für
Functional-Structural Plant Models (FSPM)
Winfried Kurth, Gerhard Buck-Sorlin, Ole Kniemeyer
Brandenburgische Technische Universität (BTU), Lehrstuhl für Praktische Informatik / Grafische Systeme
Software
GroIMP
Sprache
XL
Formalismus
RGG
Modell
j k, l m ==> j m, l k;
BarleyBreeder: Modellierung und Simulation
von Aspekten der Züchtung in einem GenotypPhänotyp-Modell der Gerste:
• Crossing-over als Funktion des Rekombinationsabstandes zweier Gene
• Mutation
• interaktive Selektion der Eltern (sexuelle und
asexuelle Reproduktion)
Kontrolle der
Internodienstreckung
durch ein regulatorisches
Netzwerk, welches – im
selben Formalismus –
einen Teilaspekt der
GibberellinsäureBiosynthese abbildet.
Ziele für die 2. Phase:
• Vertrautmachen experimentell arbeitender Gruppen mit dem RGG-Formalismus und mit der Sprache XL, Aufbau enger FeedbackSchleifen zwischen Experimentatoren und Modellierern
- insbesondere Teilprojekt 3 (Mock, Hell): bereits laufende Arbeiten zur Stickstoffnutzungseffizienz
- Teilprojekt 4 (Kage): Wurzelmodelle
- Teilprojekt 2 (Humbeck): Seneszenz
• Bewährung des RGG-Ansatzes – weg von den "kleinen" Modellen:
Mehrskaliges, morphologisches Wachstumsmodell der Gerstenpflanze unter Berücksichtigung von Teilen des N- und C-Metabolismus und
deren genetischer Steuerung
4D-2
- metabolische Netzwerke (Cluster 2)
- Fragestellung: Stickstoffnutzungseffizienz (Cluster 6)
- Streckungsmodell der Organe (Cluster 4)
- Transportprozesse (Cluster 1)
 Erweiterungen evtl. von XL, besonders aber an GroIMP (Nutzerfreundlichkeit) (Cluster 3)
• Beitrag zur Erstellung, Kalibrierung und Validierung des VCMS in Form eines Gersten-FSPMs (Cluster 5)
in Zusammenarbeit mit den Modellierergruppen (TP 1, 4, 6, 7):
• Kopplung der Modellmodule zur Architektur- und Prozessdynamik
• Emulation des Gerstenstrukturmodells aus TP 6; Zweck: Validierung des RGG-Ansatzes, Modellvergleich.
• weiterer Ausbau der Modell-Modell-Schnittstellen (DELPHI – Matlab – GroIMP)
• Dreidimensionales Meristem-Modell unter Verwendung von Gewebeverbänden als homogenen Substrukturen
 Erweiterungen des RGG-Formalismus (sowie von XL und GroIMP)
 Grundlage für praktikable 3-D Morphogenese-Modelle
Kooperation mit TP3 (Hell/Mock/Amme):
Gefäßversuch zur Stickstoffnutzungseffizienz
zweier kontrastierender Genotypen (s.a. separates
Poster):
2) Neuparametrisierung des sigmoiden
1) Einfluss der Stickstoffkonzentration und des
Genotyps auf die Entwicklung des
Apikalmeristems
28 DAS
DOM
12
N (mM):
2
REC
8
8
1 mm
Publikationen (Auswahl):
2
12
Blattstreckungsmodells (Buck-Sorlin 2002).
Varianzanalyse der N- und GenotypAbhängigkeit der Modellparameter
Kooperation mit TP6 (Wernecke/Diepenbrock):
3D-Datenanalyse
Masterarbeit A. Bucksch 2004 (in Zusammenarbeit mit P. Wernecke)
Flächenrückführung aus Punktwolken (gewonnen mit Aufnahmeverfahren mit strukturiertem Licht – DigiScan, TP 6)
Probleme:
• sehr große Zahl von Punkten (bis zu 400 000)
• Inkonsistenzen durch Blattbewegungen während der Aufnahme
• Okklusionen
Ergebnis für Blattspreite:
Lösungsansatz:
 23327 Punkte
Punkreduktion in 3 Schritten
1) Zusammenführen der Punktwolke
2) Auffinden von Quadriken zur
Punktapproximation
3) Adaptive Reduktion / Reduktion
der Ebenen (Voronoi-Diagramm)
409 Vertices 
ABC-Modell der
Blütenmorphogenese
(s.a. www.grogra.de)
Programmiersprachen und Modellspezifikation (5 Publikationen)
Winfried Kurth, Relational growth grammars – a graph rewriting approach to dynamical systems with a dynamical structure. To appear in: Workshop "Unconventional Programming Paradigms 2004" (UPP 2004), September 15-17, 2004, Mont Saint-Michel (France), Lecture Notes
in Computer Science.
Ole Kniemeyer, Gerhard Buck-Sorlin, Winfried Kurth, Demonstration of the GroIMP software. Proceedings of the 4th International Workshop on Functional-Structural Plant Models (FSPM04), 7-11 June, 2004, Montpellier (France), p. 402.
Genetik und Morphologie (7 Publikationen)
Gerhard Buck-Sorlin, Ole Kniemeyer, Winfried Kurth, Integrated grammar representation of genes, metabolites and morphology: The example of hordeomorphs. Proceedings of the 4th International Workshop on Functional-Structural Plant Models (FSPM04), 7-11 June, 2004,
Montpellier (France), pp. 386-389.
Gerhard Buck-Sorlin, The search for QTL in barley (Hordeum vulgare L.) using a new mapping population. Cellular & Molecular Biology Letters, 2002, 7: 523-535.
Artificial Life (4 Publikationen)
Ole Kniemeyer, Gerhard Buck-Sorlin, Winfried Kurth, A graph grammar approach to Artificial Life. Artificial Life, 10(4): 413-431 (2004)
Ole Kniemeyer, Gerhard Buck-Sorlin, Winfried Kurth, Representation of genotype and phenotype in a coherent framework based on extended L-systems. In: Wolfgang Banzhaf, Thomas Christaller, Peter Dittrich, Jan T. Kim, Jens Ziegler (eds.), Advances in Artificial Life.
Proceedings of ECAL 2003, Dortmund 14.-17. 9. 2003, Lecture Notes in Artificial Intelligence 2801, Springer, Berlin 2003, 625-634.
3D-Datenanalyse (1 Publikation)
Thomas Mangoldt, Winfried Kurth, Alexander Bucksch, Peter Wernecke, A system for recording 3D information with applications in the measurement of plant structure. Proceedings of the 4th International Workshop on Functional-Structural Plant Models (FSPM04), 7-11 June,
2004, Montpellier (France). (mit Teilprojekt 6)