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Compared with the ancestral C3 state, C4 photosynthesis occurs at higher rates with improved water and nitrogen use efficiencies. In both C3 and C4 plants, rates of photosynthesis increase with light intensity and are maximal around midday. We determined that in the absence of light or temperature fluctuations, photosynthesis in maize (Zea mays) peaks in the middle of the subjective photoperiod. To investigate the molecular processes associated with these temporal changes, we performed RNA sequencing of maize mesophyll and bundle sheath strands over a 24-h time course. Preferential expression of C4 cycle genes in these cell types was strongest between 6 and 10 h after dawn when rates of photosynthesis were highest. For the bundle sheath, DNA motif enrichment and gene coexpression analyses suggested members of the DNA binding with one finger (DOF) and MADS (MINICHROMOSOME MAINTENANCE FACTOR 1/AGAMOUS/DEFICIENS/Serum Response Factor)-domain transcription factor families mediate diurnal fluctuations in C4 gene expression, while trans-activation assays in planta confirmed their ability to activate promoter fragments from bundle sheath expressed genes. The work thus identifies transcriptional regulators and peaks in cell-specific C4 gene expression coincident with maximum rates of photosynthesis in the maize leaf at midday.

Plants balance water availability with gas exchange and photosynthesis by controlling stomatal aperture. This control is regulated in part by the circadian clock, but it remains unclear how signalling pathways of daily rhythms are integrated into stress responses. The serine/threonine protein kinase OPEN STOMATA 1 (OST1) contributes to the regulation of stomatal closure via activation of S-type anion channels. OST1 also mediates gene regulation in response to ABA/drought stress. We show that ZEITLUPE (ZTL), a blue light photoreceptor and clock component, also regulates ABA-induced stomatal closure in Arabidopsis thaliana, establishing a link between clock and ABA-signalling pathways. ZTL sustains expression of OST1 and ABA-signalling genes. Stomatal closure in response to ABA is reduced in ztl mutants, which maintain wider stomatal apertures and show higher rates of gas exchange and water loss than wild-type plants. Detached rosette leaf assays revealed a stronger water loss phenotype in ztl-3, ost1-3 double mutants, indicating that ZTL and OST1 contributed synergistically to the control of stomatal aperture. Experimental studies of Populus sp., revealed that ZTL regulated the circadian clock and stomata, indicating ZTL function was similar in these trees and Arabidopsis. PSEUDO-RESPONSE REGULATOR 5 (PRR5), a known target of ZTL, affects ABA-induced responses, including stomatal regulation. Like ZTL, PRR5 interacted physically with OST1 and contributed to the integration of ABA responses with circadian clock signalling. This suggests a novel mechanism whereby the PRR proteins—which are expressed from dawn to dusk—interact with OST1 to mediate ABA-dependent plant responses to reduce water loss in time of stress., This article is part of the research topic Light-Mediated Regulation of Plant Physiology.

Le Magnésium est un élément essentiel pour les plantes. Il est requis en de larges quantités, de l’ordre de 2 mg g-1 de matière sèche, et assure de multiples fonctions. Il constitue notamment l’atome central de la chlorophylle, pigment nécessaire à la photosynthèse, ainsi que le cofacteur ou modulateur allostérique de plus de 300 enzymes. De plus, il est nécessaire au maintien de la structure des ribosomes, influençant par là la traduction, et active l’adénosine-triphosphate, molécule énergétique alimentant de nombreux processus biologiques. La nutrition en magnésium des plantes représente aujourd’hui une réelle problématique pour nos sociétés. Non seulement les teneurs en cet élément ont fortement diminué dans les denrées agricoles depuis la Révolution Verte, mais aussi le magnésium apparaît de plus en en plus clairement comme un facteur limitant des rendements en champ. Les produits d’origine végétale étant la principale source de magnésium dans l’alimentation humaine, cela entraîne une généralisation de carences. Historiquement, le magnésium recevait peu d’attention des agronomes en comparaison à d’autres macroéléments comme l’azote, le phosphore ou le potassium car il était généralement largement abondant. Les problèmes étaient restreints surtout aux arbres fruitiers et aux sols acides, dans des climats fortement pluvieux. Les fertilisations excessives de ces dernières ont cependant rendu beaucoup plus communes les situations où le magnésium ne peut pas être absorbé en suffisance par les plantes cultivées.En 2010, une analyse pionnière de la réponse transcriptomique à une carence en magnésium dans la plante-modèle Arabidopsis thaliana a révélé d’importantes perturbation de l’expression des gènes. La réponse des composants de l’horloge circadienne en particulier a été épinglée. Celle-ci pourrait en effet avoir des répercussions majeures sur la physiologie de la plante. L’horloge circadienne est un oscillateur endogène participant à la modulation de processus biol, Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique, info:eu-repo/semantics/nonPublished