p Ao entardecer, as folhas do tamarindo fecham, esperando por outro amanhecer. Androsthenes, um capitão de navio servindo sob o comando de Alexandre, o Grande, fez o primeiro relato escrito desses movimentos das folhas no século IV a.C. p Demorou séculos para descobrir que ele estava descrevendo os efeitos do relógio circadiano. Esse mecanismo interno de detecção de tempo permite que muitos organismos vivos acompanhem o tempo e coordenem seus comportamentos ao longo de ciclos de 24 horas. Ele segue os ciclos regulares dia / noite e sazonais da rotação diária da Terra. A pesquisa circadiana avançou tanto que o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 2017 foi concedido pelo trabalho inovador que elucidou a base molecular subjacente aos ritmos circadianos.

p Biólogos como nós estão estudando os relógios circadianos das plantas em busca de insights sobre como eles afetam a saúde e o bem-estar de toda a vida na Terra. Conforme os pesquisadores continuam a desvendar mais sobre como esses relógios funcionam - incluindo como eles influenciam as interações entre os hospedeiros e seus patógenos e pragas invasores - novas formas de medicina de precisão especialmente cronometrada podem estar no horizonte.

p Nosso marcapasso oculto

p Organismos de todos os três domínios da vida possuem uma incrível diversidade de ritmos circadianos. Aparentemente simples Cianobactéria atividade fotossintética alternada entre o dia e a noite. O fungo Neurospora crassa produz esporos todas as manhãs, pouco antes do amanhecer. As borboletas-monarca migratórias usam uma delicada bússola solar em sua migração anual. Quase todos os aspectos da atividade humana são influenciados pelo relógio circadiano - você pode ver isso facilmente em si mesmo se voar através de fusos horários ou se envolver em turnos de trabalho.

p A força motriz por trás dos ritmos circadianos é o que os cientistas chamam de oscilador central do relógio circadiano, uma elaborada rede de genes que ativam e desativam a atividade uns dos outros. Juntos, eles formam ciclos de feedback complexos que calibram o tempo com precisão.

p Embora os genes do relógio individuais não sejam sempre os mesmos em todos os domínios da vida, o mecanismo de feedback do oscilador central é. Esse mecanismo atua como um interruptor para sincronizar as atividades diárias de um organismo com as flutuações diurnas e noturnas e outras mudanças ambientais. Esses atos de equilíbrio surpreendentes refletem as habilidades dos organismos de prever mudanças ambientais ao longo do dia.

p Cronometragem precisa e saúde

p Um relógio circadiano bem calibrado é fundamental para o crescimento e preparação física, é por isso que o desalinhamento do relógio circadiano com as pistas ambientais causa diversos problemas de saúde de longo alcance. Algumas doenças humanas, incluindo diabetes, obesidade, doenças cardiovasculares e alguns transtornos psiquiátricos, como depressão e transtorno bipolar, estão provavelmente ligados a relógios circadianos que estão fora de sincronia com o ambiente.

p Cada vez mais evidências também ligam o relógio circadiano à saúde das plantas. Em particular, cientistas de plantas demonstraram que um relógio circadiano devidamente ajustado é importante para a resistência a doenças de plantas a matrizes de patógenos e pragas. Embora as plantas não produzam anticorpos ou usem células imunológicas especializadas para repelir invasores, alguns aspectos de seu sistema imunológico são semelhantes ao nosso. Por ser fácil cultivá-los e manipulá-los geneticamente, algumas plantas, gostar Arabidopsis , servem como sistemas ideais para investigar como o relógio circadiano influencia o resultado de doenças em plantas, uma vez infectadas.

p Interações planta-patógeno o tempo todo

p Plantas, sendo imóvel, devem alocar estrategicamente sua energia e recursos limitados quando confrontados com patógenos e pragas. Eles têm a habilidade sofisticada de cronometrar sua defesa, o que lhes permite antecipar os prováveis ​​ataques antes que eles ocorram e modular as respostas de defesa aos atacantes reais.

p A vanguarda da defesa das plantas está na superfície. Características físicas como tricomas, pequenos cabelos que ficam para fora, cobrir uma planta de forma protetora, e os revestimentos de cera impedem que os invasores se agarrem à superfície. A superfície da planta também tem vários poros semelhantes a uma boca, chamados estômatos. Normalmente, estômatos abrem ritmicamente durante o dia e fecham à noite, um processo regulado pelo relógio circadiano em antecipação às mudanças de luz e umidade. Embora este processo seja importante para a fotossíntese e a troca de água, a abertura dos estômatos pode ser usada por alguns patógenos como portais para acessar nutrientes e espaço dentro do tecido da planta e o fechamento dos estômatos restringem a invasão do patógeno.

p Além das barreiras físicas da linha de frente, as plantas desenvolveram sistemas de vigilância complexos para detectar patógenos e pragas como intrusos. Quando os receptores da superfície celular reconhecem um patógeno, a planta fecha imediatamente seus estômatos no local da invasão. Relógios circadianos disfuncionais prejudicam o fechamento estomático, resultando em doenças mais graves.

p O reconhecimento adicional de patógenos envia sinais de alerta profundamente no tecido da planta, ativando um arsenal de respostas de defesa, incluindo a reprogramação da expressão gênica, produção de compostos antimicrobianos e aumento da sinalização de defesa. Mesmo na ausência de patógenos, muitas dessas respostas mostram mudanças baixas, mas rítmicas, que são influenciadas pelo relógio circadiano. Quando um ataque real chega, o ensaio diário das fábricas de seus sistemas de defesa garante uma defesa forte e organizada em tempo hábil. Plantas com relógios desalinhados sucumbem ao ataque.

p Um excelente exemplo de uma planta sincronizando sua defesa vem do grupo de Xinnian Dong na Duke University. Hyaloperonospora arabidopsidis é um patógeno que dissemina seus esporos virulentos pela manhã e causa doenças em Arabidopsis plantas. O grupo de Dong elegantemente mostrou que Arabidopsis antecipa esse ataque ao expressar um conjunto de genes de defesa ao amanhecer que confere resistência contra o patógeno. Quando os pesquisadores interromperam o Arabidopsis Relógio circadiano, aboliu esta defesa matinal e tornou a planta mais suscetível.

p As plantas também contam com uma defesa oportuna para combater os insetos. Por exemplo, os loopers de repolho têm pico de atividade de alimentação antes do anoitecer. Um belo trabalho do grupo de Janet Braam na Rice University mostrou que Arabidopsis produz o hormônio de sinalização de defesa ácido jasmônico com um pico ao meio-dia em antecipação a esse ataque. Quando os insetos realmente atacam, o relógio circadiano aumenta a defesa do meio-dia, produzindo mais ácido jasmônico para inibir a alimentação de insetos.

p Os relógios dançam aos pares?

p Como pode ser visto nesses exemplos, patógenos e pragas têm seus próprios relógios circadianos e os usam para determinar a melhor hora para estar ativo. Como essa habilidade afeta suas invasões de hospedeiros? Até aqui, os pesquisadores não têm certeza se os relógios de patógenos e pragas estão coordenados com os do hospedeiro. Se eles são, o modo como estão em sincronia pode determinar o resultado de suas interações.

p A evidência atual indica que alguns micróbios eucarióticos, tal como Hyaloperonospora arabidopsidis e Botrytis cinerea , são capazes de manipular o Arabidopsis Relógio circadiano. Até mesmo patógenos procarióticos, gostar Pseudomonas Syringae , apesar de não ter um oscilador central canônico, pode interferir nos relógios das fábricas de várias maneiras.

p Em humanos e camundongos, algumas populações da microbiota intestinal oscilam diariamente, dependendo do relógio circadiano do host. Interessantemente, a microbiota intestinal é capaz de reprogramar o relógio do hospedeiro. Como ocorre essa comunicação trans-reinado? Como pode influenciar o resultado das interações do hospedeiro e do micróbio? A pesquisa nesta área representa um nível fascinante e inexplorado da dinâmica hospedeiro-invasor.

p O relógio como curador e ajudante

p A capacidade de integrar sinais de tempo com desenvolvimento e respostas a agressões ambientais é uma adaptação evolutiva. As plantas ensinaram aos biólogos muito sobre os ritmos circadianos e seu papel na modulação de tudo, do desenvolvimento à defesa.

p A pesquisa do relógio abriu uma oportunidade de aplicar esse conhecimento a outros sistemas, incluindo humanos. Como podemos modificar o ciclo diário de certos recursos de defesa para aumentar a imunidade sem causar estresse no desenvolvimento? Em que horas do dia somos mais suscetíveis a certos patógenos? Quais são os horários do dia mais invasivos para vários patógenos e pragas?

p Respostas a perguntas como essas ajudarão a desvendar as interações patógeno-hospedeiro / praga, não apenas nas plantas, mas também nas pessoas. Em última análise, este conhecimento pode contribuir para a concepção de medicamentos de precisão que são adaptados para aumentar a defesa oportuna em indivíduos para lutar contra vários patógenos e pragas. Além disso, nossa compreensão da resistência a doenças de plantas ajudará no controle agrícola de patógenos e pragas, mitigando o desafio global de perda de safra.

p A pesquisa em andamento continua a revelar como a influência dos ritmos circadianos se estende tão ilimitadamente quanto os raios do sol. p Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.