Folie 1

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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
Formalismus RGG
Sprache XL
Software GroIMP
Modell
j k, l m gt j m, l k

• BarleyBreeder Modellierung und Simulation von
  Aspekten der Züchtung in einem Genotyp-Phänotyp-Mo
  dell der Gerste
• Crossing-over als Funktion des Rekombinations-
• abstandes 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
Gibberellinsäure-Biosynthese abbildet.
Ziele für die 2. Phase Vertrautmachen
experimentell arbeitender Gruppen mit dem
RGG-Formalismus und mit der Sprache XL, Aufbau
enger Feedback-Schleifen 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
• 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)

4D-2

• 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)

Kooperation mit TP3 (Hell/Mock/Amme)
Gefäßversuch zur Stickstoffnutzungseffizienz
zweier kontrastierender Genotypen (s.a. separates
Poster)

• 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 TP6 (Wernecke/Diepenbrock)
3D-Datenanalyse Masterarbeit A. Bucksch 2004 (in
Zusammenarbeit mit P. Wernecke) Flächenrückführung
aus Punktwolken (gewonnen mit Aufnahmeverfahren
mit struk-turiertem Licht DigiScan, TP
6) Probleme sehr große Zahl von Punkten (bis
zu 400 000) Inkonsistenzen durch
Blattbewegungen während der Aufnahme Okklusionen
ABC-Modell der Blütenmorphogenese (s.a.
www.grogra.de)
2) Neuparametrisierung des sigmoiden
Blattstreckungsmodells (Buck-Sorlin 2002).
Varianzanalyse der N- und Genotyp-Abhängigkeit
der Modellparameter

1. Einfluss der Stickstoffkonzentration und des
   Genotyps auf die Entwicklung des Apikalmeristems

28 DAS
DOM
REC
12
8
12
N (mM)
2
Ergebnis für Blattspreite
8
2
Lösungsansatz Punkreduktion in 3 Schritten 1)
Zusammenführen der Punktwolke 2) Auffinden von
Quadriken zur Punktapproximation 3) Adaptive
Reduktion / Reduktion der Ebenen
(Voronoi-Diagramm)
? 23327 Punkte
1 mm
409 Vertices ?
Publikationen (Auswahl)
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)