Ieder van ons maakt een dagelijkse cyclus door. We worden wakker, breng de dag door met eten, werken en spelen, en dan slapen we. Knoeien met deze cyclus door niet te slapen, ploegendienst doen, reizen naar een andere tijdzone of wonen waar er 24 uur licht of donker is, kan ons welzijn en onze gezondheid op de lange termijn echt verstoren.

De meeste planten hebben vergelijkbare cycli. Tijdens de Dag, kleine zonneparken in de bladeren van een plant 'worden wakker' en zetten zonlicht en koolstofdioxide om in suiker door middel van fotosynthese, dan schakelt dit systeem 's nachts uit. Veel andere plantprocessen volgen een vergelijkbare cyclus, met wat actiever in de dag, en wat actiever 's nachts.

Nieuw onderzoek werpt licht op de impact van deze cycli op verouderingsprocessen van planten, en vice versa.

De dag-nachtcyclus wordt gereguleerd door zogenaamde circadiane klokken. De Nobelprijs voor de Fysiologie of Geneeskunde 2017 werd toegekend aan Dr. Jeffrey Hall en Dr. Michael Rosbash van de Brandeis University in Waltham, Massachusetts, naast Dr. Michael Young, aan de Rockefeller University in New York City, voor hun werk aan het blootleggen van het mechanisme achter circadiane klokken in fruitvliegen.

Dus wat zijn circadiaanse klokken?

Circadiane klokken zijn 24-uurs cycli die verantwoordelijk zijn voor het regelen van fundamentele biologische functies in levende wezens zoals metabolisme, bloeddruk, slaap en hormoonspiegels.

Plantsignaleringsonderzoeker Dr. Mike Haydon, van de School of BioSciences aan de Universiteit van Melbourne, zegt sinds de ontdekkingen van Drs Hall, Rosbash en Young, er is veel onderzoek gedaan naar de gezondheidseffecten van verstoringen van onze circadiane klokken naarmate we ouder worden.

"We weten dat de klok verandert naarmate we ouder worden, en het is betrokken bij stofwisselingsziekten zoals diabetes en obesitas. Echter, we weten niet veel over hoe de klok veroudering in planten beïnvloedt, ' zegt dokter Haydon.

bij planten, onderzoek heeft aangetoond dat omgevingsfactoren zoals temperatuur en zonlicht de circadiane cycli reguleren. Echter, zet een plant in een donkere kast, en veel van deze dag-nachtprocessen gaan door. Maar hoe? Onderzoekers als dr. Haydon zijn gefascineerd door dit mysterie.

"De vroegst gerapporteerde experimenten die circadiaanse ritmes in volledige duisternis aantonen, werden gedaan in planten in de 18e eeuw, " hij zegt.

"Deze biologische ritmes zijn meerdere keren geëvolueerd, in planten, dieren en andere organismen, dus ze zijn duidelijk belangrijk."

Gewoon oude suiker, of sucrose, speelt een rol.

"In mensen, we weten dat ons circadiane ritme kan worden beïnvloed door wanneer we eten, en in planten is het hetzelfde, ", zegt dr. Haydon.

"Een paar jaar geleden hebben mijn collega's en ik aangetoond dat sucrose (dat wordt geproduceerd door fotosynthese) nodig is om in het donker het circadiane ritme te behouden.

"Toen ontdekten we dat in continu licht, suiker kan het circadiane ritme verkorten, en dit soort feedbackloops helpen planten om de ideale cyclus te behouden.

"Maar we begrepen het mechanisme hierachter niet echt."

Voer ethyleen in

Ethyleen, bekend als het 'verouderingshormoon', wordt vaak geproduceerd door planten en is vooral bekend voor het bevorderen van fruitrijping, maar het speelt ook een belangrijke rol bij de groei en reacties op pathogenen of andere vormen van stress.

Planten geven ethyleen af ​​als gas, daarom kan een gele banaan naast een avocado ervoor zorgen dat deze sneller rijpt.

"Ethyleengas is een manier voor planten om met elkaar te communiceren, ervoor zorgen, bijvoorbeeld, de vruchten rijpen allemaal tegelijk, ", zegt dr. Haydon.

Tijdens het onderzoeken van de genen en eiwitten die de circadiane klok reguleren in Arabidopsis (een kleine bloeiende plant gerelateerd aan kool en mosterd), een onderzoekssamenwerking onder leiding van dr. Haydon en professor Alex Webb aan de universiteiten van Melbourne, Cambridge en York ontdekten dat ethyleen een van de sleutels is om het circadiane ritme van de plant in stand te houden.

Het werk werd gefinancierd door de UK Biotechnology and Biological Sciences Research Council en is gepubliceerd in het tijdschrift Plant Physiology.

"We wisten dat de ethyleenproductie de dag-nachtcyclus volgt, maar we wisten niet dat het ook terugvoert om deze cyclus te helpen reguleren, ", zegt dr. Haydon.

"Er is een goed gedefinieerd netwerk van receptoreiwitten en transcriptiefactoren die ethyleensignalering in planten mediëren. Deze ethyleensignaleringsroute bevordert circadiane ritmes door in te werken op de klokregulerende genen, GIGANTEA, die ook wordt gereguleerd door suiker.

"We ontdekten dat ethyleen de circadiane periode verkortte, maar dit effect werd geblokkeerd door suiker."

De andere klokken

Circadiaanse klokken regelen de 24-uurs cycli van planten, maar Dr. Haydon zegt dat er andere 'klokken' zijn die reageren op langere tijdschalen, zoals seizoenscycli, en deze langdurige verouderingsprocessen, die sterk worden beïnvloed door ethyleen, kunnen worden beïnvloed door verstoringen van de circadiane klokken.

"Door deze te manipuleren, kunnen we de ontwikkelingssnelheid verfijnen om de gewasopbrengst of de houdbaarheid te optimaliseren. " hij zegt.

"Bananen, bijvoorbeeld, worden groen gesneden om schade tijdens het transport te verminderen en vervolgens over de hele wereld verzonden. Als ze hun bestemming hebben bereikt, ze worden vaak besproeid met ethyleen om ze te laten rijpen.

"Eerder onderzoek heeft aangetoond dat groenten en fruit zelfs na de oogst afhankelijk zijn van hun circadiane ritme. ", zegt dr. Haydon.

Dit roept dus de vraag op, moeten we ons fruit en groenten in de koelkast bewaren, of moeten we ze hun natuurlijke dag-nachtcyclus laten behouden op de keukenbank?

Het advies van Dr. Haydon is om je fruit en groenten buiten de koelkast te laten.

"Zelfs nadat ze zijn gesneden, je groenten zijn nog steeds levende plantencellen. Ze worden het best zo vers en zo dicht mogelijk bij hun natuurlijke omgeving bewaard."