Vorträge

Morphogeneseprozesse bei Pflanzen und ihre Evolution:

Analyse und Modellierung

Dr. Jan T. Kim
Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung
Köln

Pflanzen zeichnen sich durch charakteristische morphologische Strukturen aus, die z.B. traditionell zur Artbestimmung genutzt werden. Untersuchungen der molekularen Prozesse, die der Morphogenese bei Pflanzen zugrundeliegen, haben ergeben, daß die "molekularen Architekten" der Blüte Transkriptionsfaktoren sind. Diese Faktoren und die Gene, durch die sie codiert werden, bilden ein regulatorisches Netzwerk, dessen Dynamik die Muster- und Strukturbildung bei der Entwicklung von Infloreszenzen (Blütenständen) und Blüten bestimmt.

Ein großer Teil der Gene in diesem regulatorischen Netzwerk gehört zur MADS-Box-Genfamilie. Es werden Ergebnisse der Charakterisierung dieser Genfamilie anhand von alignments und von Rekonstruktion von Gen-Phylogenien (Stammbäumen) zusammengefaßt, die neue Einblicke in den evolutionären in den Hergang der Entstehung der Angiospermen (Blütenpflanzen) gestatten.

Computerbasierte Verfahren der Sequenz- und Stammbaumanalyse sind eine klassische Domäne der Bioinformatik. Mit diesen Mitteln kann der Ablauf der Evolution rekonstruiert werden. Die Kräfte, die den evolutionären Ablauf gestalten, können mit diesen Methoden jedoch nicht charakterisiert werden. Diese Kräfte können durch dynamische Computermodelle biologischer Systeme untersucht und charakterisiert werden. Dieser Ansatz gehört zu den Kernbereichen des Artificial Life (AL). Als Vertreter solcher Modelle werden die LindEvol-Modelle der Evolution pflanzlicher Wachstumsprogramme vorgestellt und verschiedene Untersuchungen, die auf der Grundlage dieser Modelle durchgeführt wurden, werden präsentiert.

Zu den klassischen Themen des AL gehört die Frage nach der evolutionären Entstehung von Komplexität. In LindEvol ist die Messung von Komplexität auf mehreren Ebenen mit relativ einfach meßbaren Größen möglich. Anhand von Simulationsreihen mit LindEvol wurden Beziehungen zwischen Komplexitätsphänomenen auf verschiedenen Ebenen untersucht und Eigenschaften unterschiedlicher Maße aufgezeigt. Weitere Untersuchungen mit LindEvol-Modellen beschäftigen sich mit der Untersuchung der Adaptation von Mutationsraten, der Charakterisierung von Biodiversitätsmaßen und mit Wechselbeziehungen zwischen biotisch-evolutionären und abiotischen Prozessen.

AL-Modelle wie LindEvol beschreiben Evolutionsprozesse in stark vereinfachter und hoch abstrakter Weise. Die explizite Repräsentation einzelner Gene oder ganzer regulatorischer Netzwerke war bis vor kurzem nicht möglich. Mit der rasanten Zunahme an verfügbaren Sequenzdaten und der zunehmenden Leistungsfähigkeit von Computersystemen wird in Zukunft aber eine direktere Integration von molekularbiologischer Information in dynamische Modelle möglich. Als Prototyp für solche Systeme wird das System transsys vorgestellt, mit dem regulatorische Netzwerke beschrieben und dynamisch modelliert werden können.

Zeit: Donnerstag, den 25. Mai 2000, 15 Uhr c.t.

Ort: Institut für Neuro- und Bioinformatik
        TZL, Seelandstr. 1a, Geb. 4
        Seminarraum S OG.2