Gene pairs resulting from whole genome duplication (WGD), so-called ohnologous genes, are retained only if at least one gene of the pair undergoes neo- or subfunctionalization. Sequence-based phylogenetic analyses of the ohnologous genes ALBOSTRIANS (HvAST/HvCMF7) and ALBOSTRIANS-LIKE (HvASL/HvCMF3) of barley (Hordeum vulgare) revealed that they belong to a newly identified subfamily of genes encoding CCT domain proteins with putative N-terminal chloroplast transit peptides. Recently, we showed that HvCMF7 is needed for chloroplast ribosome biogenesis. Here we demonstrate that mutations in HvCMF3 lead to seedlings delayed in development. They exhibit a xantha phenotype and successively develop pale green leaves. Compared to the wild type, plastids of the mutant seedlings show decreased PSII efficiency and lower amounts of ribosomal RNAs; they contain less thylakoids and grana with a higher number of more loosely stacked thylakoid membranes. Site-directed mutagenesis of HvCMF3 identified a previously unknown functional region, which is highly conserved within this subfamily of CCT domain containing proteins. HvCMF3:GFP fusion constructs localized to plastids. Hvcmf3Hvcmf7 double mutants indicated epistatic activity of HvCMF7 over HvCMF3. The chloroplast ribosome deficiency is discussed as the primary defect of the Hvcmf3 mutants. Our data suggests that HvCMF3 and HvCMF7 have similar but not identical functions.

ABSTRACT The Arabidopsis gene Chloroplast Import Apparatus 2 (CIA2) encodes a transcription factor that positively affects the activity of nuclear genes for chloroplast ribosomal proteins and chloroplast protein import machineries. CIA2-like (CIL) is the paralogous gene of CIA2 . We generated a cil mutant by site-directed mutagenesis and compared it with cia2 and cia2cil double mutant. Phenotype of the cil mutant did not differ from the wild type under our growth conditions, except faster growth and earlier time to flowering. Compared to cia2, the cia2cil mutant showed more impaired chloroplast functions and reduced amounts of plastid ribosomal RNAs. In silico analyses predict for CIA2 and CIL a C-terminal CCT domain and an N-terminal chloroplast transit peptide (cTP). Chloroplast (and potentially nuclear) localization was previously shown for HvCMF3 and HvCMF7, the homologs of CIA2 and CIL in barley. We observed nuclear localization of CIL after transient expression in Arabidopsis protoplasts. Surprisingly, transformation of cia2 with HvCMF3, HvCMF7 or with a truncated CIA2 lacking the predicted cTP could partially rescue the pale-green phenotype of cia2 . These data are discussed with respect to potentially overlapping functions between CIA2, CIL and their barley homologs and to the function of the putative cTPs of CIA2 and CIL. HIGHLIGHT The nucleus-localized CCT domain proteins CIA2 and CIL in Arabidopsis and the homologous chloroplast-localized HvCMF3 and HvCMF7 in barley retained partially overlapping functions in chloroplast development.

Abstract Non-photochemical quenching (NPQ) is a protective mechanism for dissipating excess energy generated during photosynthesis in the form of heat. The accelerated relaxation of the NPQ in fluctuating light can lead to an increase in the yield and dry matter productivity of crops. Since the measurement of NPQ is time-consuming and requires specific light conditions, theoretical NPQ (NPQ (T) ) was introduced for rapid estimation, which could be suitable for High-throughput Phenotyping. We investigated the potential of NPQ (T) to be used for testing plant genetic resources of chickpea under drought stress with non-invasive High-throughput Phenotyping complemented with yield traits. Besides a high correlation between the hundred-seed-weight and the Estimated Biovolume, significant differences were observed between the two types of chickpea desi and kabuli for Estimated Biovolume and NPQ (T) . Desi was able to maintain the Estimated Biovolume significantly better under drought stress. One reason could be the effective dissipation of excess excitation energy in photosystem II, which can be efficiently measured as NPQ (T) . Screening of plant genetic resources for photosynthetic performance could take pre-breeding to a higher level and can be implemented in a variety of studies, such as here with drought stress or under fluctuating light in a High-throughput Phenotyping manner using NPQ (T) .