Биологические часы и реакция на смену сезонов

Цветение большинства растений синхронизировано с сезонными изменениями, позволяя растениям прорастать в оптимальных условиях. Как растения определяют время и сезонные изменения? Внутренние повелители времени, названные биологическими часами, определяют изменения в окружающей среде, такие как изменение уровня освещения.

Биологические часы позволяют растениям регулярно следить за циркадными ритмами, ежедневными, 24-часовыми поведенческими циклами. Также биологические часы растений реагируют на сезонные изменения. Один из механизмов, через которые растения отвечают на изменяющиеся сезоны это система фитохрома.

Фитохромы светочувствительные рецепторы. Одна из их многих функций в растениях определение смены сезонов. Фитохромы делают это, измеряя длину дня или фотопериод.

Способность фитохромов регулировать фотопериодичность, биологические реакции на фотопериод, зависит от их свето-стимулированного перехода между двумя взаимозаменяемыми формами⁠неактивным PrR и активным Pfr. Фитохромы синтезируется в темноте, в их неактивной форме PrR, внутри растительной цитоплазмы. В течение дня Pr поглощает красный свет из солнечного света и быстро превращается в его биологически активную форму Pfr.

PFR может активировать молекулы цитоплазмы, или транслоцировать в ядро и регулировать экспрессию генов. Ночью, уровни Pfr в растительных клетках уменьшаются из-за медленных темпов Изменение темноты PFR на PR или уничтожения Pfr ферментами. В течение долгих зимних ночей, Уровни Рfr в растительной клетке могут полностью упасть при восходе солнца.

Если ночи короче, как в весеннее время, значительное количество Pfr может сохраниться к восходу. Отношение PR к Pfr на рассвете позволяет растениям определить продолжительность дневного и ночного цикла. Поскольку уровни PFR колеблются в зависимости от сезона, более высокие уровни PFR могут активировать растения, которые цветут во время сезонов с длинными днями, в то время как более низкие уровнях Pfr необходимы для активации растения, которое цветёт в течение коротких дней.

Взаимодействия между системой фитохрома и биологическими часами позволяет растениям осуществлять измерения относительной продолжительности ночей и дней в течение года и синхронизировать свою деятельность с сезонами.