Les rythmes circadiens chez les plantes et les animaux sont des cycles quotidiens endogènes auto-entretenus - une sorte d'horloge interne. La précision de ces horloges est maintenue par des références environnementales appelées zeitgebers - "donneurs de temps". Les plantes sont équipées de capteurs de lumière sensibles, et la lumière est généralement le signal que les plantes utilisent pour synchroniser leurs horloges internes avec l'environnement.
Une brève revue récente dans Annals of Botany examine comment la précision de ces cycles est maintenue à travers différentes longueurs de jour et intensités lumineuses à différentes saisons. Le rythme solaire est contrôlé par une horloge synchronisée sur midi et minuit, de la même manière que nous réglons nos horloges et nos montres sur l'heure du chronomètre. Le rythme solaire permet de régler l'horloge de la plante et permet également de prédire le rythme des cycles des gènes sur le temps solaire chez les plantes soumises à différentes photopériodes, périodes de cycle ou rapports obscurité / lumière.
Yeang, HY (2015) Le cycle des gènes d'horloge entraînés au rythme solaire permet aux plantes de lire l'heure : données d'Arabidopsis. Annals of botanical, 116(1), 15-22
Un rythme endogène synchronisé avec l'aube ne peut pas chronométrer les gènes liés à la photosynthèse pour atteindre un pic constant à midi puisque l'intervalle entre le lever du soleil et midi change de façon saisonnière. Dans cette étude, un modèle d'horloge solaire qui contourne cette limitation est proposé en utilisant deux références temporelles quotidiennes synchronisées sur midi et minuit. D'autres gènes rythmiques qui ne sont pas directement liés à la photosynthèse, et qui culminent à d'autres moments, trouvent également un avantage adaptatif dans l'entraînement au rythme solaire.
Quatorze ensembles de données extraits de trois articles publiés ont été utilisés dans une méta-analyse pour examiner le comportement cyclique du Arabidopsis thaliana gène lié à la photosynthèse CAB2 et les gènes de l'oscillateur d'horloge TOC1 et LHY dans les cycles T et les cycles N–H. Changements dans les rythmes de CAB2, TOC1 et LHY dans les plantes soumises à des cycles lumière/obscurité autres que 24 h correspondaient aux changements hypothétiques de leur comportement, tels que prédits par le modèle d'horloge solaire, le validant ainsi. L'analyse a en outre montré que TOC1 l'expression a culminé ∼5·5 h après midi, CAB2 culminé vers midi, tandis que LHY atteint un pic ∼7·5 h après minuit, quelle que soit la période du cycle, la photopériode ou le rapport période lumière/obscurité. Le modèle d'horloge solaire a correctement prédit la synchronisation zeitgeber de ces gènes sous 11 régimes d'éclairage différents comprenant des combinaisons de sept périodes de lumière, neuf périodes d'obscurité, quatre périodes de cycle et quatre rapports de période lumière/obscurité. Dans les cycles courts qui se sont terminés avant LHY pourrait être exprimée, l'horloge solaire a correctement prédit le moment précis de son expression dans le cycle suivant.
La régulation des phases des gènes par l'horloge solaire permet à la plante de lire l'heure, ce qui permet de réguler un grand nombre de gènes. Cela facilite l'initiation de l'expression des gènes avant même l'arrivée du lever, du coucher du soleil ou de midi, permettant ainsi à la plante d'« anticiper » respectivement l'aube, le crépuscule ou la mi-journée, indépendamment de la photopériode.
