Plant performance under changing temperatures : functional characterization of ELF3 in Arabidopsis thaliana and Hordeum vulgare

Abstract

Plants have evolved to anticipate, acclimate and adapt to changing environments. The circadian clock gene EARLY FLOWERING 3 (ELF3) plays prominent roles in temperature sensing and thermomorphogenesis. The ELF3 temperature sensing prion-like domain (PrD) was evolutionarily traced to Brassicales species, while the natural variation in Arabidopsis thaliana ELF3-PrD polyglutamine length is not likely to be an evolutionary adaptation to local climates. Linked to its thermosensory functions, Arabidopsis thaliana ELF3 was revealed as an essential temperature Zeitnehmer that coordinates rhythmic physiological outputs with temperature cycles. In barley, an exotic ELF3 allele was identified, displaying architectural acclimation and accelerated floral transition at high temperatures, which consequently stabilized total grain number. These results highlight ELF3 as a determinant of plant performance under changing temperatures and provide insightful information for breeding applications.

Pflanzen haben gelernt, verändernde Umweltbedingungen zu antizipieren, sich daran zu gewöhnen und anzupassen. EARLY FLOWERING 3 (ELF3), ein Gen der zirkadianen Uhr, spielt eine prominente Rolle in der Temperaturwahrnehmung und Thermomorphogenese. Die Temperaturwahrnehmende prion-like Domäne (PrD) wurde evolutionär auf die Brassicales zurückgeführt, wohingegen es unwahrscheinlich ist, das die natürliche Variation der ELF3-PrD-Polyglutaminlänge von Arabidopsis thaliana eine evolutionäre Anpassung an das lokale Klima ist. In Verbindung mit seinen thermosensorischen Funktionen wurde ELF3 in Arabidopsis als essenzieller Temperaturzeitnehmer entdeckt, der rhythmische physiologische Outputs mit Temperaturzyklen koordiniert. In Gerste wurde ein exotisches ELF3-Allel identifiziert, welches eine architektonische Akklimatisierung und beschleunigte Blühinduktion bei hohen Temperaturen zeigt, was zur Stabilisierung der Gesamtkornzahl führt. Diese Ergebnisse heben ELF3 als bestimmenden Faktor der Pflanzenleistung bei wechselnden Temperaturen hervor und liefern aufschlussreiche Informationen für die züchterische Anwendung.