Een ontmoeting in een bos tussen een bioloog en een wiskundige kan leiden tot dikkere, sneller groeiende bomen.

"Wiskundigen vertalen graag biologische processen naar getallen, " zei Andrei Smertenko, assistent-professor aan het Institute of Biological Chemistry van de Washington State University. "Ik ben een bioloog, en ik wil helpen sterker te worden, betere bomen."

Het kweken van bomen is een tijdrovend en onnauwkeurig veld, met fokkers die vertrouwen op een paar genetische markers en wat ze kunnen zien. Het duurt jaren voordat ze de eigenschappen zien die ze zoeken in een jonge boom.

Om de zaken te versnellen, Smertenko en zijn WSU-afdeling Wiskunde-collega's Vladyslav Oles en Alexander Panchenko hebben een nieuw model ontwikkeld dat het kweken van bomen veel gemakkelijker kan maken.

hoe hormonen, genen beïnvloeden groei H

De groep ontmoette elkaar drie jaar geleden op een feest in een bos en begon te praten over bomen, Smertenko's interesse. Die toevallige ontmoeting leidde uiteindelijk tot het model, die onlangs in het tijdschrift werd gepubliceerd PLOS Eentje onder de titel "Modelleren van hormonale controle van cambiumproliferatie."

"Radiale groei, of dikte, waarvan bekend is dat het wordt gereguleerd door veel hormonen, " zei Smertenko. "Maar hoe elk hormoon bijdraagt ​​aan de radiale groei blijft slecht begrepen. Dus het model simuleert hoe interacties tussen hormonen en sleutelgenen de radiale groei zouden beïnvloeden."

Berekeningen vereisen een systematische evaluatie van miljoenen verschillende situaties in de cellen, hij zei. In principe, het model voert miljarden simulaties uit van genetische interacties om te voorspellen welke bomen waarschijnlijk meer of minder hout zullen maken als ze groeien.

Model focust op cambium

Het model richt zich op het begrijpen van moleculaire processen in cambium, een soort stamcel die de beschikbaarheid van voedingsstoffen in de bodem en fotosynthetische activiteit in scheuten kan detecteren. Cambium integreert deze signalen met de planthoogte om elk groeiseizoen de benodigde hoeveelheid hout te produceren, zei Smertenko.

"Hout is erg duur voor een boom om te produceren, vanuit een hulpbronnenperspectief, " zei hij. "Het toewijzen van te veel middelen aan houtproductie zou uiteindelijk het reproductiepotentieel van planten beperken. En we kunnen cambium momenteel niet meten of bestuderen in een levende plant omdat het stopt met werken zodra we iets aan de plant doen.

"Dus als we het weefsel niet direct kunnen observeren, dan is het maken van een wiskundig model de beste oplossing die we tot nu toe hebben, " hij zei.

Cambium regelt de groei van bomen en, tijdens het actieve seizoen, het verdeelt snel. Als je kijkt naar de jaarringen van een boom, het lichte deel reflecteert een hogere cambiumactiviteit, zoals in het voorjaar, en de donkere ringen zijn periodes van langzame groei, als in de winter.

Model identificeert foklijnen

In een genetisch diverse populatie van bomen, veredelaars kunnen de informatie uit het model gebruiken om te zien welke bomen meer hout produceren.

"Sommige fokkers willen misschien dunnere bomen, of dikkere bomen, " zei Smertenko. "Vanuit wetenschappelijk oogpunt, ons model kan worden gebruikt om verschillende foklijnen met een hogere of lagere houtproductie te identificeren."

Tot dusver, het model werkt alleen op loofbomen, zoals eik of populier, en niet op naaldbomen, zoals dennen of sparren, omdat het groeiproces bij loofbomen beter wordt begrepen, zei Smertenko.