Multiscale mathematical modeling in plant synthetic biology: Elucidating the potential of strigolactones in maize

La biologia sintètica i els avenços en la tecnologia d'edició genètica han revolucionat les tècniques de cria de plantes cap a una modificació més precisa dels circuits genètics de plantes. No obstant això, aquest enfocament comporta riscos immutables. Per tant, és necessari desenvolupar una plataforma in silico per a la biologia sintètica de plantes que pugui mitigar aquests riscos i proporcionar una perspectiva d'investigació alternativa. En conseqüència, aquesta tesi té com a objectiu desenvolupar una metodologia de modelització matemàtica multiescala i implementar la investigació in silico de la dinàmica entre estrigolactones (SLs) i el blat de moro. Els resultats indiquen que la via SL està impulsada pel subministrament. Això implica que la modulació de la quantitat SL depèn de l'afluència de precursors carotenoides. Una altra manera de modular SL és modificar els gens responsables de les reaccions que precedeixen la producció de SL. A més, es va desenvolupar un model radicular per simular el creixement de nombroses arquitectures úniques de sistema radicular de blat de moro en 3D. Aquest model es va acoblar amb un model metabòlic que simula la biosíntesi SL, que regula el creixement i el desenvolupament de les arrels. Aquesta integració permet la simulació dels canvis de nivell SL en l'arquitectura arrel. Els models combinats es van incorporar a una plataforma de simulació, inclosa la funcionalitat per analitzar l'impacte dels nivells SL en el fenotip de l'arrel. Finalment, els experiments de in silico van demostrar que els nostres models poden replicar tant el fenotip del blat de moro salvatge com els efectes de diferents nivells de SL en l'arquitectura de les arrels del blat de moro. Tot i que l'escala es limita a nivells metabòlics i d'arquitectura, el model acoblat demostra la rellevància de la investigació in silico en biologia sintètica de plantes i contribueix a la nostra comprensió de l'optimització de SL en el desenvolupament de blat de moro productiu i resistent.