Genes do relógio e o ritmo solar

Os ritmos circadianos em plantas e animais são ciclos diários endógenos autossustentáveis ​​– uma espécie de relógio interno. A precisão desses relógios é mantida por referências ambientais conhecidas como zeitgebers – “dadores de tempo”. As plantas são equipadas com sensores de luz sensíveis, e a luz é comumente o sinal que as plantas usam para sincronizar seus relógios internos com o ambiente.

Uma breve revisão recente em Annals of Botany examina como a precisão desses ciclos é mantida ao longo da variação da duração do dia e da intensidade da luz em diferentes estações do ano. O ritmo solar é controlado por um relógio sincronizado ao meio-dia e à meia-noite, da mesma forma que ajustamos nossos relógios e relógios para o cronômetro. O ritmo solar permite que o relógio da planta seja definido e também permite que o tempo de ciclos de genes no tempo solar seja previsto em plantas submetidas a diferentes fotoperíodos, períodos de ciclo ou proporções de luz/escuridão.

 

Yeang, HY (2015) O ciclo de genes do relógio associados ao ritmo solar permite que as plantas digam as horas: dados da Arabidopsis. Annals of Botany, 116(1), 15-22
Um ritmo endógeno sincronizado com o amanhecer não pode cronometrar os genes ligados à fotossíntese para atingir o pico consistentemente ao meio-dia, pois o intervalo entre o nascer do sol e o meio-dia muda sazonalmente. Neste estudo, um modelo de relógio solar que contorna essa limitação é proposto usando duas referências de tempo diárias sincronizadas ao meio-dia e à meia-noite. Outros genes rítmicos que não estão diretamente ligados à fotossíntese, e que atingem o pico em outras épocas, também encontram uma vantagem adaptativa no arrastamento para o ritmo solar.
Quatorze conjuntos de dados extraídos de três artigos publicados foram usados ​​em uma meta-análise para examinar o comportamento cíclico do Arabidopsis thaliana gene relacionado à fotossíntese CABINE 2 e os genes do oscilador do relógio TOC1 e LHY em ciclos T e ciclos N–H. Mudanças nos ritmos de CABINE 2, TOC1 e LHY em plantas submetidas a ciclos de luz:escuridão não 24h corresponderam às mudanças hipotéticas em seu comportamento, conforme previsto pelo modelo do relógio solar, validando-o. A análise mostrou ainda que TOC1 a expressão atingiu o pico aproximadamente 5·5 h após o meio-dia, CABINE 2 atingiu o pico perto do meio-dia, enquanto LHY atingiu o pico ∼7·5 h após a meia-noite, independentemente do período do ciclo, do fotoperíodo ou da proporção do período claro:escuro. O modelo do relógio solar previu corretamente o tempo zeitgeber desses genes sob 11 regimes de iluminação diferentes, compreendendo combinações de sete períodos de luz, nove períodos de escuridão, quatro períodos de ciclo e quatro razões de período de luz:escuro. Em ciclos curtos que terminaram antes LHY poderia ser expresso, o relógio solar previu corretamente o tempo zeitgeber de sua expressão no ciclo seguinte.
A regulação das fases gênicas pelo relógio solar permite que a planta conte a hora, por meio da qual um grande número de genes é regulado. Isso facilita o início da expressão gênica mesmo antes da chegada do nascer do sol, do pôr do sol ou do meio-dia, permitindo assim que a planta 'antecipe' o amanhecer, o entardecer ou o meio-dia, respectivamente, independentemente do fotoperíodo.