Petunia's en hun biologische klok

De biologische klok in de hersenen van zowel mensen als dieren is verantwoordelijk voor de regulatie van het zogenaamde circadiaan ritme (ook wel 24-uursritme of slaap-waakritme genoemd). Licht dat op het netvlies van de ogen valt wordt via speciale lichtgevoelige cellen naar de hersenen geleid. Daar wordt, gedurende de afwezigheid van daglicht, de aanmaak van het hormoon melatonine het waak-slaapritme gereguleerd.

Circadiaan verlopende functies vertonen een patroon dat dagelijks herhaald wordt. Het ritme wordt via de biologische klok functioneert onafhankelijk van omgevingsfactoren, zoals licht en temperatuur. De lichaamstemperatuur is een voorbeeld van een functie met een circadiaan ritme. In de late middag (ongeveer 6 uur voor het inslapen) is deze het hoogst, en 2 uur na het inslapen het laagst. Ook andere lichaamsfuncties vertonen een circadiaan ritme, waaronder afscheiding van bepaalde hormonen, hartritme, slaappatroon, volume van de urineblaas en de behoefte aan eten en drinken.

Maar, zo vroeger wetenschappers zich af, zouden planten ook een biologische klok hebben en daardoor ook een circadiaans ritme? Tijd voor onderzoek vonden ze en welke plant kun je daarvoor beter gebruiken dan de petunia[1].

De circadiane klok van de petunia blijkt omgevingssignalen te coördineren via interne processen, waaronder secundair metabolisme, groei, bloei en vluchtige emissie. Verschillende weefsels van de plant zijn gespecialiseerd in verschillende functies. Bloemblaadjes verbergen bijvoorbeeld de geslachtsorganen terwijl ze bestuivers aantrekken.

De onderzoekers analyseerden de structuur van de biologische klok van de bladeren en de bloedblaadjes van de petunia (Petunia x hybrida). Ze registreerden de expressie van 13 klokgenen onder licht:donker (LD) en constante duisternis (DD).

Bij een normaal dag- en nachtrite (licht:donker) bereikten klokgenen hun maximale expressie in de bladeren tijdens de lichte fase en de bloemblaadjes geurende de donkere periode. Onder constante duisternis werd maximale expressie vertraagd, vooral in bloemblaadjes.

Interessant was dat het ritmische patroon bleef bestaan in bladeren en bloemblaadjes bij zowel licht:donker als constante duisternis. Variatie in genexpressie verschilde wel tussen bladeren en bloemblaadjes, tijdstip van de dag en fotoperiode.

Uit de resultaten bleek dat petunia's een gespecialiseerde klok hadden voor zowel de bladeren als de bloemblaadjes. Toch knap van die petunia.

[1] Terry et al: Transcriptional Structure of Petunia Clock in Leaves and Petals in Genes – 2019.