Using plant circadian programs to optimize agrochemical use

• Published in: The New phytologist Vol. 247; no. 6; pp. 2557 - 2563
• Main Authors: Ogasawara, Gustavo Akio, Hotta, Carlos Takeshi, Dodd, Antony N.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: England Wiley Subscription Services, Inc 01.09.2025; John Wiley and Sons Inc
• Subjects: Agrochemicals; Agrochemicals - pharmacology; Arabidopsis thaliana; Biological clocks; chronobiology; Circadian Clocks - drug effects; Circadian rhythm; Circadian Rhythm - drug effects; Circadian rhythms; Crops, Agricultural - drug effects; Crops, Agricultural - physiology; Effectiveness; Environmental impact; herbicide; Herbicides; Herbicides - pharmacology; Metabolic pathways; Optimization; Resource efficiency; Review; Tansley Insight; Weed control; Arabidopsis thaliana; herbicide; chronobiology; circadian rhythms; agrochemicals
• DOI: 10.1111/nph.70346
• ISSN: 0028-646X; 1469-8137

Summary Agrochemicals play an important role in maximizing agricultural yields. One class of agrochemicals is herbicides, which are used for weed control and to kill the top growth of certain crops before harvest. We examine the influence of plant circadian regulation on herbicide effectiveness to exemplify how knowledge of the circadian clock could be mobilized to optimize agrochemical use. First, we briefly introduce the circadian clock, highlighting its role in plant fitness and regulating physiological and metabolic pathways. Second, we discuss principles of chronotoxicity and the range of herbicides across which agrochemical interventions might be optimized with knowledge of circadian rhythms. Using existing data, we find that a substantial number of pathways targeted by herbicides are subject to circadian clock regulation, opening the possibility that clock control of herbicide effectiveness could be widespread. Finally, we suggest potential practical applications, explaining how this could enhance resource use efficiency, reduce inputs, and mitigate environmental impacts. Resumo Os agroquímicos possuem um papel importante na maximização da produção agrícola. Herbicidas são uma classe de agroquímicos usados no controle de plantas daninhas e no manejo de algumas culturas durante a fase de pré‐colheita. Nós investigamos a influência da regulação circadiana das plantas sobre a eficácia dos herbicidas, para mostrar como o relógio circadiano pode ser usado para se otimizar o uso de agroquímicos. Primeiro, introduzimos o relógio circadiano, destacando seu papel na adaptação das plantas ao ambiente e na regulação de vias fisiológicas e metabólicas. Em seguida, discutimos os princípios que regem a cronotoxicidade, e a variedade de herbicidas nas quais intervenções agroquímicas poderiam ser otimizadas com base no conhecimento dos ritmos circadianos. Descobrimos que um número significativo de vias‐alvo de herbicidas é regulado pelo relógio circadiano, sugerindo que o controle circadiano da eficácia dos herbicidas possa ser algo generalizado. Por fim, sugerimos potenciais aplicações práticas, explicando como elas poderiam aumentar a eficiência no uso de recursos, reduzir insumos e mitigar seus impactos ambientais.