Kemikaliet, der fortæller planter, hvornår det er tid til at sove

Hver af os gennemgår en daglig cyklus. Vi vågner, bruge dagen på at spise, arbejder og leger, og så sover vi. roder med denne cyklus ved ikke at sove, laver skifteholdsarbejde, at rejse til en anden tidszone eller bo, hvor der er 24 timers lys eller mørke, kan virkelig forstyrre vores velvære og vores langsigtede helbred.

De fleste planter har lignende cyklusser. I løbet af dagen, små solfarme i en plantes blade 'vågner op' og omdanner sollys og kuldioxid til sukker gennem fotosyntese, så slukker dette system om natten. Mange andre planteprocesser følger en lignende cyklus, med nogle mere aktive om dagen, og nogle mere aktive om natten.

Ny forskning kaster lys over virkningen af ​​disse cyklusser på planters aldringsprocesser, og omvendt.

Dag-nat-cyklussen er reguleret af det, der er kendt som døgn-ure. 2017 Nobelprisen i fysiologi eller medicin blev tildelt Dr. Jeffrey Hall og Dr. Michael Rosbash fra Brandeis University i Waltham, Massachusetts, sammen med Dr. Michael Young, på Rockefeller University i New York City, for deres arbejde med at afdække mekanismen bag døgn-ure hos frugtfluer.

Så hvad er cirkadiske ure?

Circadian ure er 24-timers cyklusser, der er ansvarlige for at kontrollere grundlæggende biologiske funktioner i levende væsener som stofskifte, blodtryk, søvn og hormonniveauer.

Plantesignalforsker Dr. Mike Haydon, fra School of BioSciences ved University of Melbourne, siger siden opdagelserne af Drs Hall, Rosbash og Young, der har været meget forskning i sundhedsvirkningerne af forstyrrelser på vores døgn-ure, når vi bliver ældre.

"Vi ved, at uret ændrer sig, når vi bliver ældre, og det har været impliceret i stofskiftesygdomme som diabetes og fedme. Imidlertid, vi ved ikke meget om, hvordan uret påvirker aldring hos planter, " siger Dr. Haydon.

I planter, forskning har vist, at miljømæssige signaler som temperatur og sollys regulerer døgnrytmen. Imidlertid, sæt en plante i et mørkt skab, og mange af disse dag-nat-processer fortsætter. Men hvordan? Forskere som Dr. Haydon er fascineret af dette mysterium.

"De tidligste rapporterede eksperimenter, der demonstrerer døgnrytmer i fuldstændig mørke, blev udført i planter i det 18. århundrede, " han siger.

"Disse biologiske rytmer har udviklet sig flere gange, i planter, dyr og andre organismer, så de er helt klart vigtige."

Almindelig gammelt sukker, eller saccharose, spiller en rolle.

"Hos mennesker, vi ved, at vores døgnrytme kan blive påvirket af, hvornår vi spiser, og i planter er det det samme, " siger Dr Haydon.

"For et par år siden viste mine kolleger og jeg, at saccharose (som produceres ved fotosyntese) er påkrævet for at opretholde døgnrytmer i mørke.

"Vi fandt så, at i kontinuerligt lys, sukker kan forkorte døgnrytmen, og denne slags feedback-loops hjælper planterne med at opretholde den ideelle cyklus.

"Men vi forstod ikke rigtig mekanismen bag dette."

Indtast ethylen

Ethylen, kendt som "aldringshormonet", er almindeligvis produceret af planter og er bedst kendt for at fremme frugtmodning, men det har også vigtige roller i vækst og reaktioner på patogener eller andre belastninger.

Planter frigiver ethylen som en gas, Derfor kan en gul banan ved siden af ​​en avocado hjælpe med at modne hurtigere.

"Ethylengas er en måde for planter at kommunikere med hinanden, sikre, for eksempel, frugterne modnes på samme tid, " siger Dr Haydon.

Mens man udforsker generne og proteinerne, der regulerer døgnuret i Arabidopsis (en lille blomstrende plante relateret til kål og sennep), et forskningssamarbejde ledet af Dr. Haydon og professor Alex Webb ved universiteterne i Melbourne, Cambridge og York opdagede, at ethylen er en af ​​nøglerne til at opretholde plantens døgnrytme.

Arbejdet blev finansieret af UK Biotechnology and Biological Sciences Research Council og er offentliggjort i tidsskriftet Plant Physiology.

"Vi vidste, at ethylenproduktionen følger dag-nat-cyklussen, men vi vidste ikke, at det også strømmer ind for at hjælpe med at regulere denne cyklus, " siger Dr Haydon.

"Der er et veldefineret netværk af receptorproteiner og transkriptionsfaktorer, der medierer ethylensignalering i planter. Denne ethylensignalvej fremmer døgnrytmer ved at virke på de urregulerende gener, GIGANTEA, som også er reguleret af sukker.

"Vi fandt ud af, at ethylen reducerede den cirkadiske periode, men denne virkning blev blokeret af sukker."

De andre ure

Circadian ure regulerer planters 24-timers cyklusser, men Dr. Haydon siger, at der er andre 'ure', der reagerer på længere tidsskalaer, som sæsonbestemte cyklusser, og disse langsigtede ældningsprocesser, som er stærkt påvirket af ethylen, kan blive påvirket af afbrydelser af cirkadiske ure.

"Ved at manipulere disse kunne vi finjustere udviklingshastigheder for at optimere afgrødeudbytte eller holdbarhed, " han siger.

"Bananer, for eksempel, skæres grønne for at reducere skader under transport og sendes derefter rundt i verden. Når de når deres destination, de sprøjtes ofte med ethylen for at modne dem.

"Tidligere forskning har vist, at grøntsager og frugter afhænger af deres døgnrytme selv efter høst, " siger Dr Haydon.

Så dette rejser spørgsmålet, skal vi opbevare vores frugt og grøntsager i køleskabet, eller skal vi give dem lov til at bevare deres naturlige dag-nat-cyklusser ude på køkkenbænken?

Dr. Haydons råd er at lade din frugt og grøntsager komme ud af køleskabet.

"Selv efter at de er skåret, dine grøntsager er stadig levende planteceller. De holdes bedst så friske og så tæt på deres naturlige miljø som muligt."