Developing Pareto front models for the improved description of plant's dynamic root system architecture
开发帕累托前沿模型以改进植物动态根系结构的描述
基本信息
- 批准号:2244735
- 负责人:
- 金额:$ 55万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-04-01 至 2027-03-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Wild tomato root stocks are used to enhance cultivated tomato productivity and environmental resilience. Visually distinct root shapes of wild tomato can be distinguished by evaluating the root architecture as a network in which lateral root tips, which absorb water and nutrients, need to be connected to the root base, which supports shoot growth. This network design considers two competing objectives: minimizing the building blocks of a network (cost) and minimizing the transport time from root tips to root base (speed). To improve the relevance of the model to the physiology of plants, the model will be expanded to include the effects of gravitational forces and account for anatomical differences between the main and lateral roots. To identify the genes underlying root network design, we will use genetic approaches and generate mutant plants that will be evaluated for network efficiency, as well as plant productivity and resilience. Understanding mathematical and genetic mechanisms underlying plant architecture will lead to designing better crops with improved productivity and stress resilience, thereby contributing to increased sustainability of food production. Additionally, an improved understanding of biological networks and how they grow can be applied to transportation networks, allowing transit systems to naturally scale with population growth.This project will develop methods for explaining and optimizing the structure of natural transportation networks, such as the root system architecture of wild tomato plants. Initial work will involve developing a numerical optimization algorithm for constructing minimal Euclidean Steiner trees that are subjected to non-linear constraints. We will apply the Euclidean Steiner tree algorithms towards quantifying how tomato root architectures optimize trade-offs between conserving material costs and ensuring efficient nutrient and water transport, especially when growth trajectories are constrained by gravitational forces and differential cost/transport qualities imposed by the differences in root anatomy. We will also study measurements of root architecture growth to reverse-engineer an algorithm for constructing optimal Steiner trees using purely distributed computation. Our goal is to use forward genetics to identify genetic components underlying the development of optimal architectures under non-stress and salt stress conditions. The identified algorithms, ideotypes and genetic mechanisms will serve as targets for plant breeding and genetically engineering stress-resilient crops. We anticipate that the methods we develop can be generalized towards explaining, designing, and optimizing transportation networks found in other natural and engineered systems. In the future, our work can provide insight into designing public transport networks that scale efficiently.This project is jointly funded by the Division of Mathematical Sciences, Mathematical Biology Program and the Division of Integrative Organismal Systems, Plant Genome Research Program (PGRP) in the Directorate for Biological Sciences.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
野生番茄砧木用于提高栽培番茄的生产力和环境适应力。视觉上不同的根形状的野生番茄可以区分评估的根结构作为一个网络中,侧根尖,吸收水分和养分,需要连接到根的基础上,支持芽的生长。这种网络设计考虑了两个相互竞争的目标:最小化网络的构建块(成本)和最小化从根尖到根部的传输时间(速度)。为了提高模型与植物生理学的相关性,模型将扩展到包括重力的影响,并考虑主根和侧根之间的解剖差异。为了确定根系网络设计背后的基因,我们将使用遗传方法并产生突变体植物,这些植物将被评估网络效率以及植物生产力和弹性。了解植物结构背后的数学和遗传机制将有助于设计出更好的作物,提高生产力和抗逆性,从而有助于提高粮食生产的可持续性。此外,对生物网络及其生长方式的进一步理解也可以应用于交通网络,使交通系统能够随着人口增长而自然扩展。本项目将开发解释和优化自然交通网络结构的方法,例如野生番茄植物的根系结构。最初的工作将涉及开发一个数值优化算法,用于构建最小的欧几里德斯坦纳树,受到非线性约束。我们将应用欧几里德斯坦纳树算法量化番茄根结构如何优化保存材料成本和确保有效的养分和水分运输之间的权衡,特别是当生长轨迹受到重力和差异成本/运输质量的限制时,根解剖结构的差异。我们还将研究根结构生长的测量,以逆向工程的算法构建最佳斯坦纳树使用纯粹的分布式计算。我们的目标是利用正向遗传学来确定在非胁迫和盐胁迫条件下最佳结构发展的遗传成分。所确定的算法、理想型和遗传机制将作为植物育种和基因工程抗逆作物的目标。我们预计,我们开发的方法可以推广到解释,设计和优化在其他自然和工程系统中发现的交通网络。未来,我们的工作可以为设计有效扩展的公共交通网络提供见解。该项目由数学科学部,数学生物学计划和综合有机系统部联合资助,植物基因组研究计划(PGRP)该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
Magdalena Julkowska其他文献
Magdalena Julkowska的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
相似国自然基金
具状态属性向量集的Pareto最优性及其应用
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
基于原-对偶的离散随机线性二次鲁棒Pareto策略的无模型设计
- 批准号:62373229
- 批准年份:2023
- 资助金额:50 万元
- 项目类别:面上项目
平均场随机多目标优化中Pareto合作差分博弈问题研究
- 批准号:
- 批准年份:2022
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
非线性随机系统合作微分博弈的鲁棒Pareto策略研究
- 批准号:
- 批准年份:2021
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
一般离散随机系统的多目标 Pareto 优化研究
- 批准号:61973198
- 批准年份:2019
- 资助金额:58.0 万元
- 项目类别:面上项目
带泊松跳跃随机微分博弈中Pareto策略与Stackelberg策略研究
- 批准号:61903234
- 批准年份:2019
- 资助金额:27.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
众包环境下面向部分序属性域的低费用质量可控的Pareto查询机制研究
- 批准号:61902040
- 批准年份:2019
- 资助金额:27.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
融合群体多样性和pareto最优的群体智能多目标测试用例约简技术研究
- 批准号:61802123
- 批准年份:2018
- 资助金额:27.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
基于广义Pareto分布的高维高可靠性问题计算方法研究
- 批准号:11872142
- 批准年份:2018
- 资助金额:65.0 万元
- 项目类别:面上项目
面向复杂Pareto前沿的动态高维多目标进化优化方法与应用
- 批准号:61876075
- 批准年份:2018
- 资助金额:62.0 万元
- 项目类别:面上项目
相似海外基金
Characterizing Pareto fronts: Trade-offs in the yeast growth cycle constrain adaptation
表征帕累托前沿:酵母生长周期的权衡限制了适应
- 批准号:
10749856 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 55万 - 项目类别:
Collaborative Research: SWIFT: Nonlinear and Inseparable Radar And Data (NIRAD) Transmission Framework for Pareto Efficient Spectrum Access in Future Wireless Networks
合作研究:SWIFT:未来无线网络中帕累托高效频谱接入的非线性不可分离雷达和数据 (NIRAD) 传输框架
- 批准号:
2348826 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 55万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: SWIFT: Nonlinear and Inseparable Radar And Data (NIRAD) Transmission Framework for Pareto Efficient Spectrum Access in Future Wireless Networks
合作研究:SWIFT:未来无线网络中帕累托高效频谱接入的非线性不可分离雷达和数据 (NIRAD) 传输框架
- 批准号:
2128448 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 55万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: SWIFT: Nonlinear and Inseparable Radar And Data (NIRAD) Transmission Framework for Pareto Efficient Spectrum Access in Future Wireless Networks
合作研究:SWIFT:未来无线网络中帕累托高效频谱接入的非线性不可分离雷达和数据 (NIRAD) 传输框架
- 批准号:
2128368 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 55万 - 项目类别:
Standard Grant
Plans de vols Pareto-optimaux : coût du carburant vs durée du vol
帕累托最优计划:coát du carburant 与 durée du vol
- 批准号:
538402-2018 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 55万 - 项目类别:
Collaborative Research and Development Grants
Collaborative Research: SWIFT: Nonlinear and Inseparable Radar And Data (NIRAD) Transmission Framework for Pareto Efficient Spectrum Access in Future Wireless Networks
合作研究:SWIFT:未来无线网络中帕累托高效频谱接入的非线性不可分离雷达和数据 (NIRAD) 传输框架
- 批准号:
2128455 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 55万 - 项目类别:
Standard Grant
Plans de vols Pareto-optimaux : coût du carburant vs durée du vol
帕累托最优计划:coát du carburant 与 durée du vol
- 批准号:
538402-2018 - 财政年份:2020
- 资助金额:
$ 55万 - 项目类别:
Collaborative Research and Development Grants
Empirical study on Pareto efficiency related to industry, medical care and insurance in anti-cancer drug treatment
抗癌药物治疗中产业、医疗、保险帕累托效率实证研究
- 批准号:
20K20769 - 财政年份:2020
- 资助金额:
$ 55万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Plans de vols Pareto-optimaux : coût du carburant vs durée du vol
帕累托最优计划:coát du carburant 与 durée du vol
- 批准号:
538402-2018 - 财政年份:2019
- 资助金额:
$ 55万 - 项目类别:
Collaborative Research and Development Grants
Global-scale Pareto-optimal calibration of a hydrological model
水文模型的全球尺度帕累托最优校准
- 批准号:
397591499 - 财政年份:2018
- 资助金额:
$ 55万 - 项目类别:
Research Units














{{item.name}}会员




