vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RASvavilov-325Research ArticleСтатьиArticlesL-СИСТЕМА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЛОСКИХ ОДНОМЕРНО РАСТУЩИХ РАСТИТЕЛЬНЫХ ТКАНЕЙAN L-SYSTEM FOR MODELING OF UNIDIMENSIONALLY GROWING FLAT PLANT TISSUESЗубаироваУ. С.ZubairovaU. S.ulyanochka@bionet.nsc.ruГолушкоС. К.GolushkoS. K.ПененкоА. В.PenenkoA. V.НиколаевС. В.NikolaevS. V.ulyanochka@bionet.nsc.ruФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, RussiaRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Конструкторско-технологический институт вычислительной техники Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, РоссияРоссияDesign and Technology Institute of Digital Techniques SB RAS, Novosibirsk, RussiaRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт вычислительной математики и математической геофизики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS, Novosibirsk, RussiaRussian Federation201422012015184/2945952Copyright © Зубаирова У.С., Голушко С.К., Пененко А.В., Николаев С.В., 20152015Зубаирова У.С., Голушко С.К., Пененко А.В., Николаев С.В.Zubairova U.S., Golushko S.K., Penenko A.V., Nikolaev S.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/325

Разработана система, которая позволяет моделировать симпластный рост ткани линейного листа и в вычислительных экспериментах генерировать паттерны клеточной структуры ткани. Для этого мы модифицировали формализм дифференциальных L-систем и в этом формализме описали динамическую модель симпластного роста с учетом биомеханики. В качестве примера приведены результаты вычислительного эксперимента для клеток, которые росли симпластно в прямоугольном листе, и клеток, которые росли свободно. Распределения размеров клеток при свободном и симпластном росте значимо различаются.

In this work, a mathematical model and its implementation are proposed for computational simulation of one-dimensional symplastic growth of tissues. We modified the formal grammar of differential L-systems, and in this grammar, we described a dynamic model of symplastic growth with regard to its biomechanics. The results of the simulation of linear leaf blade growth are compared with those for a free-growing cell population. It is shown that in the model proposed symplastic growth causes a greater deviation of the actual cell length from its isosmotic length than in freely growing cells.

линейный листсимпластный ростдинамические системы с динамической структуройматематическая модельL-системыlinear leafsymplastic growthdynamical systems with dynamic structuremathematical modelL-systemsД.А.Афонников, Н.Л.Подколодный; РНФReferencesЗубаирова У.С., Пененко А.В., Николаев С.В. Моделирование роста и развития растительных тканей в формализме L-систем // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2012. Т. 16. № 4/1. С. 816–824.Зубаирова У.С., Пененко А.В., Николаев С.В. Моделирование роста и развития растительных тканей в формализме L-систем // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2012. Т. 16. № 4/1. С. 816–824.Николаев С.В., Зубаирова У.С., Фадеев С.И., Мйолснесс Э., Колчанов Н.А. Исследование одномерной модели регуляции размеров возобновительной зоны в биологической ткани с учетом деления клеток // СибЖИМ. 2010. Т. 13. Вып. 4 (44). С. 70–82.Николаев С.В., Зубаирова У.С., Фадеев С.И., Мйолснесс Э., Колчанов Н.А. Исследование одномерной модели регуляции размеров возобновительной зоны в биологической ткани с учетом деления клеток // СибЖИМ. 2010. Т. 13. Вып. 4 (44). С. 70–82.Bryan A.K., Goranov A., Amon A., Manalisa S.R. Measurement of mass, density, and volume during the cell cycle of yeast // PNAS. 2010. V. 107. P. 999–1004.Bryan A.K., Goranov A., Amon A., Manalisa S.R. Measurement of mass, density, and volume during the cell cycle of yeast // PNAS. 2010. V. 107. P. 999–1004.Chickarmane V.S., Gordon S.P., Tarr P.T. et al. Cytokinin signaling as a positional cue for patterning the apical-basal axis of the growing Arabidopsis shoot meristem // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2012. V. 109 (10). P. 4002–4007.Chickarmane V.S., Gordon S.P., Tarr P.T. et al. Cytokinin signaling as a positional cue for patterning the apical-basal axis of the growing Arabidopsis shoot meristem // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2012. V. 109 (10). P. 4002–4007.Dolan L. Pattern in the Root Epidermis: An Interplay of Diffusible Signals and Cellular Geometry // Annals Botany 1996. V. 77. P. 547–553.Dolan L. Pattern in the Root Epidermis: An Interplay of Diffusible Signals and Cellular Geometry // Annals Botany 1996. V. 77. P. 547–553.Gibson L.J. The hierarchical structure and mechanics of plant materials // J. Royal Society Interface. 2012. published online.Gibson L.J. The hierarchical structure and mechanics of plant materials // J. Royal Society Interface. 2012. published online.Hamant O., Heisler M., Jönsson H. et al. Developmental paterning by mechanical signals in Arabidopsis // Science. 2008. Dec. 12. V. 322 (5908). P. 1650–1655.Hamant O., Heisler M., Jönsson H. et al. Developmental paterning by mechanical signals in Arabidopsis // Science. 2008. Dec. 12. V. 322 (5908). P. 1650–1655.Honda H., Tanemura M., Nagai T. A three-dimensional vertex dynamics cell model of space-fi lling polyhedra simulating cell behavior in a cell aggregate // Journal Theoretical Biology. 2004. V. 226 (4). P. 439–453.Honda H., Tanemura M., Nagai T. A three-dimensional vertex dynamics cell model of space-fi lling polyhedra simulating cell behavior in a cell aggregate // Journal Theoretical Biology. 2004. V. 226 (4). P. 439–453.Jönsson H., Heisler M. G., Shapiro B. E. et al. An auxin-driven polarized transport model for phyllotaxis // PNAS. 2005. V. 103. P. 1633–1638.Jönsson H., Heisler M. G., Shapiro B. E. et al. An auxin-driven polarized transport model for phyllotaxis // PNAS. 2005. V. 103. P. 1633–1638.Lindenmayer A. Mathematical models for cellular interaction in development // J. Theor. Biology. 1968. V. 18. P. 280–315.Lindenmayer A. Mathematical models for cellular interaction in development // J. Theor. Biology. 1968. V. 18. P. 280–315.Merks R., Guravage M., Inze D., Beemster G. Virtual Leaf: An Open-Source Framework for Cell-Based Modeling of Plant Tissue Growth and Development // Plant Physiol. 2011. V. 155 (2). P. 656–666.Merks R., Guravage M., Inze D., Beemster G. Virtual Leaf: An Open-Source Framework for Cell-Based Modeling of Plant Tissue Growth and Development // Plant Physiol. 2011. V. 155 (2). P. 656–666.Nakamura M., Kiefer C.S., Grebe M. Planar polarity, tissue polarity and planar morphogenesis in plants // Curr. Opin Plant Biol. 2012. V. 15 (6). P. 593–600.Nakamura M., Kiefer C.S., Grebe M. Planar polarity, tissue polarity and planar morphogenesis in plants // Curr. Opin Plant Biol. 2012. V. 15 (6). P. 593–600.Nobel P.S. Physicochemical and Environmental Plant Physiology. Amsterdam: Elsevier Academic Press, 2005.Nobel P.S. Physicochemical and Environmental Plant Physiology. Amsterdam: Elsevier Academic Press, 2005.Ortega J.K. Plant Cell Growth in Tissue // Plant Physiology. 2010. V. 154. P. 1244–1253.Ortega J.K. Plant Cell Growth in Tissue // Plant Physiology. 2010. V. 154. P. 1244–1253.Priestley J. Studies in the physiology of cambial activity // New Physiology. 1930. V. 29. P. 96–140.Priestley J. Studies in the physiology of cambial activity // New Physiology. 1930. V. 29. P. 96–140.Prusinkiewicz P., Lindenmayer A. The algorithmic beauty of plants. NewYork: Springer, 1990.Prusinkiewicz P., Lindenmayer A. The algorithmic beauty of plants. NewYork: Springer, 1990.Prusinkiewicz P., Hammel M., Mjolsness E. Animation of plant development // Proc. SIGGRAPH 93. Anaheim, California. Ann. Conference Series. 1993. P. 351−360.Prusinkiewicz P., Hammel M., Mjolsness E. Animation of plant development // Proc. SIGGRAPH 93. Anaheim, California. Ann. Conference Series. 1993. P. 351−360.Ryu K.H., Zheng X., Huang L., Schiefelbein J. Computational modeling of epidermal cell fate determination systems // Current Opinion Plant Biology. 2013. V. 16 (1). P. 5–10.Ryu K.H., Zheng X., Huang L., Schiefelbein J. Computational modeling of epidermal cell fate determination systems // Current Opinion Plant Biology. 2013. V. 16 (1). P. 5–10.Smith R., Guyomarc’h S. et al. A plausible model of phyllotaxis // Proc. Natl Acad. Sci. 2006. V. 103. P. 1301–1306.Smith R., Guyomarc’h S. et al. A plausible model of phyllotaxis // Proc. Natl Acad. Sci. 2006. V. 103. P. 1301–1306.Williams R.F. The Shoot Apex and Leaf Growth: A Study in Quantitative Biology. London; New York: Cambridge University Press, 1974.Williams R.F. The Shoot Apex and Leaf Growth: A Study in Quantitative Biology. London; New York: Cambridge University Press, 1974.Yadav R.K., Perales M., Gruel J. et al. Plant stem cell maintenance involves direct transcriptional repression of differentiation program // Mol. Syst. Biol. 2013. V. 9. Р. 654.Yadav R.K., Perales M., Gruel J. et al. Plant stem cell maintenance involves direct transcriptional repression of differentiation program // Mol. Syst. Biol. 2013. V. 9. Р. 654.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.