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Die experimentell unterlegte Entwicklung multiskalierter Modelle der für die Energiespeicherung maßgeblichen Stoffwechselwege, um das Verständnis der Regulation der Biomasseakkumulation zu verbessern und Steigerungsmöglichkeiten abzuleiten
Finanzierung:
Bund;
Arbeitspaket 1: Prozessmodell-Netzwerk ProNet-CN (J. Müller, MLU) Das aufzubauende Prozessmodell-Netzwerk ProNet-CN ist als modulares System dynamisch interagierender Source- und Sink-Organe konzipiert, das Photosynthese, Strahlungs-interzeption, Kohlenstoff- und Stickstoffhaushalt und Stoffallokation koppelt, den Primärstoffwechsel im Verlauf der Ontogenese in einem architekturalen Kontext beschreibt und das Prozess-Upscaling bis zum Gesamtprozess der  Biomassebildung ermöglicht. Im Unterschied zu AP 3b, das auf eine möglichst detaillierte aber auf Teile des Stoffwechsels eingeschränkte Evaluierung enzymkinetischer metabolischer Regulationsmechanismen abzielt, fokussiert AP 2 komplementär dazu auf eine geschlossene stofflichen und energetischen Bilanzierung des C- und N-Stoffhaushalts. Ausgehend von biophysikalischen Grundprinzipien des Aufbaus dynamischer Stoffbilanzmodelle (Bijlsma & Lambers 2000; Poolman et al., 2004) und eigenen Vorarbeiten (Müller et al., 2007, Wernecke et al., 2007) werden folgende funktionelle C/NStoffgruppen betrachtet: - immobil (strukturbildend): Zellulose und andere Zellwand-    substanzen - mobil (translozierbar): NO3–, Amide, Aminosäuren; lösliche    Kohlenhydrate - remobilisierbar (Speicherstoffe): Fructane, Stärke,     Saccharose - stoffwechselphysiologisch aktiv ( Syntheseapparat ):     Proteine. Dazu werden aggregierte Ansätze aus AP 3 abgeleitet und Daten zu C/N-Bilanzen und CO2-Gasaustausch (AP 2), zu weiteren Stoffpools (AP 2, 4, 5) sowie zu Gehalten und Aktivitäten von Schlüsselenzymen (AP 4, 5) genutzt. Auf dieser Datengrundlage wird das Modell für genetisch divergierende Linien mit unterschiedlicher Biomasseleistung, die aus dem Material der Genbank am IPK ausgewählt werden, parametrisiert, um Genotyp-Phänotyp-Beziehungen modellgestützt zu evaluieren. Durch eine schrittweise Kopplung mit detaillierteren metabolischen Modellen aus AP 3 sollen integrative Simulationsstudien über unterschiedliche Aggregationsebenen hinweg möglich werden. Das Modell wird in mehreren Bearbeitungsstufen um Wirkungen von Wachstumsbedingungen, Entwicklung und Seneszenz sowie Regulationsmechanismen erweitert und soll für Optimierungsstudien zu den Möglichkeiten einer Steigerung der Biomassebildung eingesetzt werden.

Schlagworte

Biomasse, Modellierung
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