Trævækstmodel hjælper med at avle for mere træ

Et møde i en skov mellem en biolog og en matematiker kan føre til tykkere, hurtigere voksende træer.

"Matematikere kan lide at oversætte biologiske processer til tal, " sagde Andrei Smertenko, assisterende professor ved Washington State University's Institute of Biological Chemistry. "Jeg er biolog, og jeg vil gerne være med til at blive stærkere, bedre træer."

At yngle træer er et tidskrævende og upræcist felt, med opdrættere, der stoler på nogle få genetiske markører og hvad de kan se. Det tager år, før de ser de træk, de leder efter i et ungt træ.

For at hjælpe med at fremskynde tingene, Smertenko og hans WSU-afdeling for matematik-kolleger Vladyslav Oles og Alexander Panchenko har udviklet en ny model, der kan hjælpe med at gøre træavl meget lettere.

Hvordan hormoner, gener påvirker vækst h

Gruppen mødtes for tre år siden til en fest i en skov og begyndte at tale om træer, Smertenkos interesse. Det tilfældige møde førte til sidst til modellen, som for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet PLOS En under titlen "Modellere hormonal kontrol af kambiumproliferation."

"Radial vækst, eller tykkelse, er kendt for at blive styret af mange hormoner, " sagde Smertenko. "Men hvordan hvert hormon bidrager til den radiale vækst er stadig dårligt forstået. Så modellen simulerer, hvordan interaktioner mellem hormoner og nøglegener ville påvirke radial vækst."

Beregninger kræver systematisk evaluering af millioner af forskellige situationer i cellerne, han sagde. I bund og grund, modellen kører milliarder af simuleringer af genetiske interaktioner for at forudsige, hvilke træer der sandsynligvis vil lave mere eller mindre træ, når de vokser.

Model fokuserer på kambium

Modellen fokuserer på at forstå molekylære processer i kambium, en type stamceller, der kan mærke tilgængelighed af næringsstoffer i jord og fotosyntetisk aktivitet i skud. Cambium integrerer disse signaler med plantehøjden for at producere den nødvendige mængde træ hver vækstsæson, sagde Smertenko.

"Træ er meget dyrt for et træ at producere, set ud fra et ressourceperspektiv, "sagde han." Fordeling af for mange ressourcer til træproduktion ville i sidste ende begrænse plantens reproduktionspotentiale. Og vi kan i øjeblikket ikke måle eller studere kambium i en levende plante, fordi den holder op med at virke, så snart vi gør noget ved planten.

"Så hvis vi ikke kan observere vævet direkte, så er det at lave en matematisk model den bedste løsning, vi har hidtil, " han sagde.

Cambium styrer trævækst og, i den aktive sæson, det deler sig hurtigt. Hvis du ser på årringene af et træ, den lyse del reflekterer højere kambiumaktivitet, som i foråret, og de mørkere ringe er perioder med langsom vækst, som om vinteren.

Model identificerer avlslinjer

I en genetisk forskelligartet bestand af træer, opdrættere kan bruge oplysningerne fra modellen til at se, hvilke træer der er mere tilbøjelige til at generere mere træ.

"Nogle opdrættere vil måske have tyndere træer, eller tykkere træer, " sagde Smertenko. "Fra et videnskabeligt synspunkt, vores model kan bruges til at identificere forskellige avlslinjer med højere eller lavere træproduktion. "

Indtil nu, modellen fungerer kun på løvfældende træer, som eg eller poppel, og ikke på nåletræer, som fyrretræ eller gran, fordi vækstprocessen er bedre forstået i løvtræer, sagde Smertenko.