Zirkadiane Rhythmen bei Pflanzen und Tieren sind selbsterhaltende körpereigene Tageszyklen – eine Art innere Uhr. Die Genauigkeit dieser Uhren wird durch Umgebungsreferenzen aufrechterhalten, die als Zeitgeber bekannt sind – „Zeitgeber“. Pflanzen sind mit empfindlichen Lichtsensoren ausgestattet, und Licht ist im Allgemeinen das Signal, das Pflanzen verwenden, um ihre inneren Uhren mit der Umgebung zu synchronisieren.
Ein aktueller kurzer Rückblick in Annals of Botany untersucht, wie die Genauigkeit dieser Zyklen über unterschiedliche Tageslängen und Lichtintensitäten zu verschiedenen Jahreszeiten aufrechterhalten wird. Der Sonnenrhythmus wird von einer Uhr gesteuert, die auf Mittag und Mitternacht synchronisiert ist, ähnlich wie wir unsere Uhren auf Chronometerzeit einstellen. Der Sonnenrhythmus ermöglicht das Einstellen der Pflanzenuhr und ermöglicht auch die Vorhersage des zeitlichen Ablaufs der Gene, die mit der Sonnenzeit zirkulieren, in Pflanzen, die unterschiedlichen Photoperioden, Zyklusperioden oder Dunkel-/Hell-Verhältnissen ausgesetzt sind.
Yeang, HY (2015) Zyklische Uhrengene, die mit dem Sonnenrhythmus in Einklang stehen, ermöglichen Pflanzen, die Zeit zu erkennen: Daten aus Arabidopsis. Annals of botany, 116(1), 15-22
Ein endogener Rhythmus, der mit dem Morgengrauen synchronisiert ist, kann die mit der Photosynthese verbundenen Gene nicht so timen, dass sie konstant am Mittag ihren Höhepunkt erreichen, da sich das Intervall zwischen Sonnenaufgang und Mittag saisonal ändert. In dieser Studie wird ein Solaruhrmodell vorgeschlagen, das diese Einschränkung umgeht, indem zwei tägliche Zeitreferenzen verwendet werden, die auf Mittag und Mitternacht synchronisiert sind. Andere rhythmische Gene, die nicht direkt mit der Photosynthese verbunden sind und zu anderen Zeiten ihren Höhepunkt erreichen, finden ebenfalls einen adaptiven Vorteil in der Mitnahme des Sonnenrhythmus.
Vierzehn Datensätze, die aus drei veröffentlichten Artikeln extrahiert wurden, wurden in einer Metaanalyse verwendet, um das zyklische Verhalten der zu untersuchen Arabidopsis thaliana Photosynthese-verwandtes Gen CAB2 und die Clock-Oszillator-Gene Inhaltsverzeichnis1 und LHY in T-Zyklen und N–H-Zyklen. Veränderungen der Rhythmen von CAB2, Inhaltsverzeichnis1 und LHY in Pflanzen, die nicht 24-Stunden-Licht:Dunkel-Zyklen ausgesetzt waren, stimmten mit den hypothetischen Änderungen in ihrem Verhalten überein, wie sie vom Sonnenuhrmodell vorhergesagt wurden, und bestätigten es somit. Das hat die Analyse weiter gezeigt Inhaltsverzeichnis1 Ausdruck erreichte ~5 h nach Mittag seinen Höhepunkt, CAB2 erreichte gegen Mittag seinen Höhepunkt, während LHY erreichte 7 h nach Mitternacht seinen Höhepunkt, unabhängig von der Zyklusperiode, der Photoperiode oder dem Hell-Dunkel-Periodenverhältnis. Das Modell der Sonnenuhr sagte das Zeitgeber-Timing dieser Gene unter 5 verschiedenen Beleuchtungsregimen korrekt voraus, die Kombinationen aus sieben Lichtperioden, neun Dunkelperioden, vier Zyklusperioden und vier Licht-Dunkel-Perioden-Verhältnissen umfassen. In kurzen Zyklen, die zuvor endeten LHY ausgedrückt werden konnte, prognostizierte die Sonnenuhr den korrekten Zeitgeber-Zeitpunkt ihrer Äußerung im folgenden Zyklus.
Die Regulierung der Genphasen durch die Sonnenuhr ermöglicht der Pflanze, die Zeit zu erkennen, wodurch eine Vielzahl von Genen reguliert wird. Dies erleichtert die Initiierung der Genexpression noch vor dem Eintreffen von Sonnenaufgang, Sonnenuntergang oder Mittag, wodurch die Pflanze unabhängig von der Photoperiode die Morgendämmerung, Abenddämmerung bzw. den Mittag „antizipieren“ kann.
