Avez-vous déjà remarqué que l'heure à laquelle vous prenez votre dose quotidienne de caféine peut changer la façon dont elle vous affecte ?

Trop tôt et vous pourriez ressentir une dépression l'après-midi. Trop tard et tu pourrais rester debout toute la nuit. Cela est dû à la façon dont la caféine, un médicament, affecte les hormones de votre corps qui jouent un rôle important dans votre rythme quotidien.

Ce rythme quotidien, ou horloge circadienne, a une énorme influence sur votre santé et votre bien-être. La chronomédecine applique ces connaissances pour traiter la maladie.

Une grande partie de cela consiste à comprendre quels médicaments ou traitements particuliers sont plus efficaces à certains moments de la journée. Il peut également nous renseigner sur le moment optimal de nos repas ou sur le moment où nous tirerons le meilleur parti de l'exercice.

En effet, notre horloge circadienne active et désactive au moins un tiers de nos gènes, ainsi que les protéines qu'ils fabriquent, chaque jour. Les gènes qui sont activés à un moment donné dicteront la façon dont notre corps réagit aux choses que nous faisons, à la fois saines et malsaines.

Comme nous, les plantes ont également une horloge circadienne qui contrôle les rythmes quotidiens et saisonniers qui affectent le métabolisme et la croissance. Et le moment de la journée auquel une plante subit un stress environnemental, comme la chaleur, la sécheresse ou des agents pathogènes, peut influencer la façon dont cette plante réagit.

La chronoculture est un concept émergent qui examine comment l'horloge circadienne des cultures peut être exploitée pour améliorer leurs rendements.

Par exemple, l'optimisation de l'heure de la journée d'irrigation ou l'application d'engrais et d'herbicides pour se synchroniser avec leur horloge circadienne pourrait augmenter l'efficacité ou réduire la quantité d'entretien nécessaire.

Mes recherches en laboratoire visent à comprendre comment le métabolisme affecte les rythmes circadiens des plantes, ce qui est essentiel pour les plantes afin d'optimiser leur utilisation de la lumière du soleil pour la photosynthèse et de gérer les réserves d'énergie pendant la nuit.

Dans notre article le plus récent, dirigé par Ph.D. Étudiant Xiang Li, nous avons utilisé une approche appelée biologie chimique, qui utilise des médicaments ou des composés semblables à des médicaments pour apprendre comment fonctionne un système biologique.

Nous avons recherché parmi plus de 1 000 médicaments, dont l'ibuprofène, l'aspirine et la caféine, connus pour avoir un effet sur les cellules animales, afin de déterminer s'ils affectent le contrôle métabolique de l'expression des gènes circadiens chez les plantes.

Et nous avons découvert qu'un nombre étonnamment élevé de ces médicaments affectent les cellules végétales. En effet, le fonctionnement de base des cellules végétales est très similaire à celui des cellules animales.

Par exemple, l'un des médicaments que nous avons utilisés était l'iséthionate de pentamidine, qui est utilisé pour traiter la maladie du sommeil et les pneumonies graves. Ce médicament agit dans les cellules nerveuses chez les animaux. Les plantes n'ont pas de système nerveux, mais elles ont des moyens de transmettre des signaux autour de la plante qui reposent sur des protéines similaires.

Le médicament a gravement altéré la croissance des plantes et ralenti la vitesse de l'horloge circadienne des plantes.

Nos recherches pourraient aider à comprendre précisément le fonctionnement de ce médicament en examinant de près les similitudes entre les protéines végétales et animales.

D'autres médicaments que nous avons trouvés semblent fonctionner différemment dans les cellules végétales, car ce que le médicament cible est apparemment absent des plantes. Par exemple, les médicaments qui affectent la neurotransmission de la sérotonine. Les plantes fabriquent de la sérotonine, mais nous en savons relativement peu sur son rôle dans les plantes et sur son fonctionnement.

Des exemples comme celui-ci sont passionnants car ils représentent de nouvelles cibles potentielles de médicaments et ouvrent la possibilité d'utiliser certains de ces médicaments de nouvelles façons.

Alors, que pouvons-nous faire avec ces nouvelles connaissances ?

Potentiellement, certains de ces médicaments pourraient être transformés en nouveaux herbicides. Ou nous pourrions être en mesure de stimuler la croissance des cultures en déclenchant le métabolisme au bon moment de la journée. Ou, de la même manière que nous utilisons notre coup de caféine, nous pourrions affiner les rythmes circadiens pour augmenter les performances des cultures.

Un avantage particulier de l'utilisation de la biologie chimique est que nous pouvons facilement tester l'effet de ces médicaments sur d'autres espèces. Cela pourrait inclure une gamme d'espèces de cultures ou d'autres organismes vulnérables dans cet environnement, comme les insectes.

Cela pourrait garantir que toute nouvelle intervention agricole ait un impact écologique minimal.

Mais à court terme, ces médicaments aux effets nouvellement identifiés offrent des opportunités intéressantes pour en savoir plus sur la façon dont le métabolisme des plantes est lié aux rythmes circadiens. Cela nous rapproche de la réalisation de la chronoculture.