ABSTRACT Nervous system function critically relies on continuous expression of neuron type-specific terminal identity features, such as neurotransmitter receptors, ion channels and neuropeptides. How individual neuron types select such features during development and maintain them throughout life is poorly understood. Here, we report an unconventional mechanism that enables cholinergic motor neurons (MNs) in the C. elegans ventral nerve cord to select and maintain their distinct terminal identity features. The conserved terminal selector UNC-3 (Collier/Ebf) UNC-3 is continuously required not only to promote cholinergic MN features, but also to prevent expression of “unwanted” terminal identity features normally reserved for other neuron types. Mechanistically, this dual function is achieved by the ability of UNC-3 to prevent a switch in the transcriptional targets of the Hox protein LIN-39 (Scr/Dfd/Hox4-5). The strategy of a terminal selector preventing a Hox transcriptional switch may constitute a general principle for safeguarding neuronal terminal identity features throughout life.

Abstract Most animals restrict their activity to a specific part of the day, being diurnal, nocturnal or crepuscular. The genetic basis underlying diurnal preference is largely unknown. Under laboratory conditions, Drosophila melanogaster is crepuscular, showing a bi-modal activity profile. However, a survey of strains derived from wild populations indicated that high variability among individuals exists, with diurnal and nocturnal flies being observed. Using a highly diverse population, we have carried out an artificial selection experiment, selecting flies with extreme diurnal or nocturnal preference. After 10 generations, we obtained highly diurnal and nocturnal strains. We used whole-genome expression analysis to identify differentially expressed genes in diurnal, nocturnal and crepuscular (control) flies. Other than one circadian clock gene ( pdp1 ), most differentially expressed genes were associated with either clock output ( pdf, to ) or input ( Rh3 , Rh2, msn ). This finding was congruent with behavioural experiments indicating that both light masking and the circadian pacemaker are involved in driving nocturnality. The diurnal and nocturnal selection strains provide us with a unique opportunity to understand the genetic architecture of diurnal preference.

ABSTRACT Terminal selectors are transcription factors (TFs) that establish during development and maintain throughout life post-mitotic neuronal identity. We previously showed that UNC-3/Ebf, the terminal selector of C. elegans cholinergic motor neurons (MNs), acts indirectly to prevent alternative neuronal identities (Feng et al., 2020). Here, we globally identify the direct targets of UNC-3. Unexpectedly, we find that the suite of UNC-3 targets in MNs is modified across different life stages, revealing “temporal modularity” in terminal selector function. In all larval and adult stages examined, UNC-3 is required for continuous expression of various protein classes (e.g., receptors, transporters) critical for MN function. However, only in late larvae and adults, UNC-3 is required to maintain expression of MN-specific TFs. Minimal disruption of UNC-3’s temporal modularity via genome engineering affects locomotion. Another C. elegans terminal selector (UNC-30/Pitx) also exhibits temporal modularity, supporting the potential generality of this mechanism for the control of neuronal identity.