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.

The circadian clock is a timekeeper but also helps adapt physiology to the outside world. This is because an essential feature of clocks is their ability to adjust (entrain) to the environment, with light being the most important signal. Whereas Cryptochrome-mediated entrainment is well understood in Drosophila, integration of light information via the visual system lacks a neuronal or molecular mechanism. Here we show that a single photoreceptor sub-type is essential for long day adaptation. These cells activate key circadian neurons, namely the lLNvs, which release the neuropeptide PDF. Using a cell-specific CRISPR/Cas9 assay, we show that PDF directly interacts with neurons important for evening (E) activity timing. Interestingly, this pathway is specific for light entrainment and appears to be dispensable in constant darkness (DD). The results therefore indicate that external cues cause a rearrangement of neuronal hierarchy, which is a novel form of plasticity.

Abstract Endogenous clocks enable organisms to adapt their physiology and behavior to daily variation in environmental conditions. Metabolic processes in cyanobacteria to humans are effected by the circadian clock, and its dysregulation causes metabolic disorders. In mouse and Drosophila were shown that the circadian clock directs translation of factors involved in ribosome biogenesis and synchronizes protein synthesis. However, the role of clocks in Drosophila neurogenesis and the potential impact of clock impairment on neural circuit formation and function is less understood. Here we demonstrate that light stimuli or circadian clock causes a defect in neural stem cell growth and proliferation accompanied by reduced nucleolar size. Further, we define that light and clock independently affect the InR/TOR growth regulatory pathway due to the effect on regulators of protein biosynthesis. Altogether, these data suggest that alterations in growth regulatory pathways induced by light and clock are associated with impaired neural development.