Zegary biologiczne i reakcje sezonowe

Kwitnienie większości roślin jest zsynchronizowane ze zmianami pór roku, co pozwala roślinom kiełkować w optymalnych warunkach. Jak rośliny wyczuwają czas i zmiany pór roku? 

Wewnętrzne chronometraże zwane zegarami biologicznymi wyczuwają zmiany środowiskowe, takie jak zmieniający się poziom światła. Zegary biologiczne pozwalają roślinom regularnie podążać za rytmami okołodobowymi, dobowymi, 24-godzinnymi cyklami behawioralnymi. 

Rośliny wykorzystują również zegary biologiczne, aby reagować na zmiany sezonowe. Jednym z mechanizmów, za pomocą których rośliny reagują na różne pory roku, jest system fitochromów.

Fitochromy są receptorami wrażliwymi na światło. Jedną z ich wielu funkcji w roślinach jest wykrywanie zmieniających się pór roku. Fitochromy robią to, mierząc długość dnia lub fotoperiod. Zdolność fitochromów do regulowania fotoperiodyzmu, biologicznych reakcji na fotoperiod, zależy od stymulowanego światłem przejścia między dwiema interkonwertowalnymi formami - nieaktywnym Pr i aktywnym Pfr.

Fitochromy są syntetyzowane w ciemności, w nieaktywnej formie Pr, w cytoplazmie roślinnej. W ciągu dnia Pr pochłania czerwone światło słoneczne i szybko przekształca się w biologicznie aktywną formę Pfr. Pfr może aktywować cząsteczki cytoplazmatyczne lub przemieszczać się do jądra i regulować ekspresję genów. 

W nocy poziom Pfr w komórkach roślinnych spada z powodu powolnego powrotu  Pfr do Pr w ciemności lub niszczenia Pfr przez enzymy.

Podczas długich zimowych nocy poziom Pfr w komórkach roślinnych może całkowicie spaść przed wschodem słońca. Jeśli noce są krótsze, tak jak wiosną, o wschodzie słońca może pozostać znaczna ilość Pfr.

Stosunek Pr do Pfr o świcie pozwala roślinom określić długość cyklu dnia i nocy. Ponieważ poziomy Pfr zmieniają się wraz z porami roku, wyższe poziomy Pfr mogą aktywować rośliny, które kwitną w sezonach z długimi dniami, podczas gdy niższe poziomy Pfr są niezbędne do aktywacji roślin kwitnących w krótkie dni. 

Interakcje między systemem fitochromów a zegarem biologicznym umożliwiają roślinom mierzenie względnej długości nocy i dni w ciągu roku oraz synchronizowanie ich aktywności z porami roku.