| Инд. авторы: | Черный С.Г., Лазарева Г.Г., Миронова В.В., Омельянчук Н.А., Шваб И.В., Вшивков В.А., Горпинченко Д.Н., Николаев С.В., Колчанов Н.А. |
| Заглавие: | Математическое моделирование морфогенеза растений |
| Библ. ссылка: | Черный С.Г., Лазарева Г.Г., Миронова В.В., Омельянчук Н.А., Шваб И.В., Вшивков В.А., Горпинченко Д.Н., Николаев С.В., Колчанов Н.А. Математическое моделирование морфогенеза растений // Сибирский журнал вычислительной математики. - 2008. - Т.11. - № 2. - С.151-166. - ISSN 1560-7526. |
| Внешние системы: | РИНЦ: 11665700; |
| Реферат: | rus: Современные тенденции в биологии требуют анализа огромного массива уже накопленной информации с помощью математического моделирования биологических процессов с целью выяснения некоторых закономерностей, доказательства гипотез и предсказаний. Развитие организмов представляется особенно интересным для математического моделирования потому, что объединяет большое количество процессов разного типа, изменяющихся во времени и пространстве. В данной статье авторы проводят обзор существующих моделей процессов, происходящих во время развития растения. Произведена классификация моделей и дано описание подходов и математических методов к наиболее трудным с точки зрения моделирования задачам. eng: The state-of-the-arts in biology needs the analysis of a bulk of experimental data. Mathematical modeling of biological processes is one of the ways to do it, with a purpose of revealing regularities, proving hypotheses and reasonable predictions. Evolution of organisms is especially attractive for mathematical modeling because it integrates a large number of different types of processes, whose state varies depending on time and location. In the present paper, the authors review the models of biological processes as related to plants evolution. The models have been classified and the approaches and mathematical techniques of modeling complicated problems are described. |
| Ключевые слова: | развитие растения; математическая модель; генетическая регуляция; деление клеток; классификация моделей; обзор; morphogenesis; plants evolution; mathematical model; review; model classification; cell division; Genetic regulation; морфогенез; |
| Издано: | 2008 |
| Физ. характеристика: | с.151-166 |
| Цитирование: | 1. Яненко Н.Н. Введение в разностные методы математической физики. Часть 1. - Новосибирск: Изд-во НГУ, 1968. 2. Lexa M. et al. Dynamics of endogenous cytokinin pools in Tobacco seedling: a modeling approach // Annals of Botany. - 2003. - Vol. 91. - P. 585-597. 3. Diaz J. and Alvarez-Buyalla E.R. A model of the ethylene signaling pathway and its gene response in Arabidopsis thaliana: Pathway cross-talk and noise-filtering properties // Chaos. - 2006. - Vol. 16. 023112. 4. Welch S.M Roe J. L., Dong Z. A genetic neural network model of flowering time control in Arabidopsis thaliana // Agron J. - 2003. - Vol. 95. - P. 71-81. 5. Mendoza L., Thieffry D., Alvarez-Buylla E.R. Genetic control of flower morphogenesis in Arabidopsis thaliana: a logical analysis // Bioinformatics. - 1999. - Vol. 15, № 7-8. - P. 593-606. 6. Iwamoto A., Satoh D., Furutani M., Maruyama S., Ohba H., Sugiyama M. Insight into the basis of root growth in Arabidopsis thaliana provided by a simple mathematical model // J. Plant Res. - 2006. - Vol. 19, № 2. - P. 85-93. 7. Marder M., Sharon E., Smith S. Roman B. Theory of edges of leaves // Europhys. Lett. - 2003. - Vol. 62, № 4. - P. 498-504. 8. Dumais J, Shaw SL, Steele CR, Long SR, Ray PM. An anisotropic-viscoplastic model of plant cell morphogenesis by tip growth // Int. J. Dev. Biol. - 2006. - Vol. 50, № 2-3. - P. 209-222. 9. Meinhardt H. Models of Biological Pattern Formation. - London: Academic Press, 1982. 10. Mjolsness E., Sharp D.H. and Reinitz J. A connectionist model of development // J. Theor. Biol. - 2001. - 1991. - Vol. 152. - P. 429-454. 11. Jonsson H., Heisler M., Reddy G.V., Agrawal V., Gor V., Shapiro B.E., Mjolsness E., Meyerowitz E.M. Modeling the organization of the WUSCHEL expression domain in the shoot apical meristem // Bioinformatics. - 2005. - Suppl. 1. - P. i232-i240. 12. Николаев С.В., Колчанов Н.А., Фадеев С.И., Когай В.В., Мйолснесс Э. Исследование одномерной модели регуляции размеров возобновительной зоны в биологической ткани // Вычислительные технологии. - 2006. - Т. 11, № 2. - С. 67-81. 13. Prusinkiewicz P. and Lindenmayer A. The Algorithmic Beauty of Plants. - New York, London: Springer-Verlag, 1990. 14. Tuza Z. and Lindenmayer A. Locally generated colourings of hexagonal cell division patterns: application to retinal cell differentiation // Lindenmayer systems: Impacts on theoretical computer science, computer graphics, and developmental biology. - Berlin: Springer-Verlag, 1992. - P. 333-350. 15. Bidel L.P.R., Pages L., Riviere L.M., Pelloux G., Lorendau J.Y. MassFlowDyn I: a carbon transport and partitioning model for root system architecture // Ann. Bot (Lond). - 2000. - Vol. 85. - P. 869-886. 16. Le Roux X., Lacointe A., Escobar-Gutierez A., Le Dizes S. Carbonbased models of individual tree growth: a critical appraisal // Ann. Sci. - 2001. - Vol. 58. - P. 469-506. 17. Fruh T., Kurth W. The hydraulic system of trees: theoretical framework and numerical simulation // J. Theor. Biol. - 1999. - Vol. 201. - P. 251-270. 18. Rolland-Lagan A-G. and Prusinkiewicz P. Reviewing models of auxin canalization in the context of leaf vein pattern formation in Arabidopsis // The Plant J. - 2005. - Vol. 44. - P. 854-865. 19. de Reuille P.B., Bohn-Courseau I., Ljung K., Morin H., Carraro N., Godin C., Traas J. Computer simulations reveal properties of the cell-cell signaling network at the shoot apex in Arabidopsis // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 2006. - Vol. 103, № 5. - P. 1627-1632. 20. Swarup R. et al. Root gravitropism requires lateral root cap and epidermal cells for transport and response to a mobile auxin signal // Nat. Cell Biol. - 2005. - Vol. 7, № 11. - P. 1057-1065. 21. Chavarra-Krauser A. Schurr U. A cellular growth model for root tips // J. Theor. Biol. - 2004. - Vol. 230. - P. 21-32. 22. Bruggement F.J., Lebbenga K.R., Duijn B.V. The diffusive transport of gibberellin and abscisic acid through the aleyrone layear of germinating barley grain: a mathematical model // Planta. - 2001. - Vol. 214. - P. 89-96. 23. Forest L., Padill F. Martinez S. Demongeot J. Martin J.C. Modelling of auxin transport affected by gravity and differential radial growth // J. Theor. Biol. - 2005. - Vol. 241, № 2. - P. 241-251. 24. Myerscough M.R. Pattern formation in a generalized chemotactic model // Bulletin of Mathematical biology. - 1998. - Vol. 60. - P. 1-26. 25. Алексеев Д.В. и др. Закономерности разметки органов цветка Arabidopsis thaliana. Математическое моделирование // ДАН. - 2005. - Т. 401, № 4. - С. 570-573. 26. Jonsson H., Heisler M.G., Shapiro B.E., Meyerowitz E.M., Mjolsness E. An auxin-driven polarized transport model for phyllotaxis // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 2006. - Vol. 103, № 5. - P. 1633-1638. 27. Kramer E.M. PIN and AUX/LAX proteins: their role in auxin accumulation // Trends Plant Sci. - 2004. - Vol. 9, № 12. - P. 578-582. 28. Kramer E.M. A Mathematical model of auxin-mediated radial growth in trees // J. Theor. Biol. - 2001. - Vol. 208. - P. 387-397. 29. Mitchison G. J.A model for vein formation in higher plants // Proc. R. Soc. London Ser. - 1980. - Vol. 207. - P. 79-109. 30. Rudge T. and Haseloff J. A computational model of cellular morphogenesis in plants // ECAL. - 2005. - LNAI 3630. - P. 78-87. 31. Campanoni P., Blasius B., Nick P. Auxin transport synchronizes the pattern of cell division in a tobacco cell line1 // Plant Physiology. - 2003. - Vol. 133. - P. 1251-1260. 32. Михайлов Г.А. Весовые методы Монте-Карло. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. 33. Бандман О.Л. Клеточно-автоматные модели пространственной динамики // Системная информатика. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006. - (Сб. научн. тр. - вып. 10.) 34. Bandman O. Algebraic properties of cellular automata: the basis for composition technique // Proc of the Intern. Conf. ACRI-2004. Lecture Notes in Computer Science. (Eds: P.M.A. Sloot, B. Chopard, A.G. Hoekstra). - 2004. - Vol. 3305. - P. 688-697. 35. Маркова В.П. Применение модулярной арифметики для моделирования диффузии // Автометрия. - 2003. - Т. 39, № 3. - C. 60-71. 36. Медведев Ю.Г. Трехмерная клеточно-автоматная модель потока вязкой жидкости // Автометрия. - 2003. - № 3. - С. 43-50. 37. Akberdin I.R., Ozonov E.A., Mironova V.V., Komarov A.V., Omelyanchuk N.A., Likhoshvai V.A. A cellular automaton to model the development of shoot apical meristem of Arabidopsis thaliana // Bioinformatics of Genome Regulation and Structure II. - Springer Science+Business Media, Inc. - 2006. - Vol. 2. - P. 185-189. 38. Likhoshvai V.A., Ratushny A.V. In Silico Cell I. Hierarchical approach and generalized hill functions in modeling enzymatic reactions and gene expression regulation // Proc. of The Fifth Int. Conf. on Bioinformatics of Genome Regulation and Structure. - 2006. - Vol. 2. - P. 13-18. |
