Summary Circadian clocks are the biological time keeping systems that coordinate genetic, metabolic, and physiological behaviors with the external day-night cycle. Previous studies have suggested possible molecular mechanisms for the circadian clock in Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), but there might be additional mechanisms that have been hidden due to genetic redundancy. A clock reporter line of Arabidopsis was screened against the 10,000 chemicals in the Maybridge Hitfinder10K chemical library, and a structure-activity relationship study of hit compounds was conducted. Clock mutants were treated with two of the small molecules to gain insight into their mode of action. The screening identified 5-(3,4-dichlorophenyl)-1-phenyl-1,7-dihydro-4 H -pyrazolo[3,4- d ]pyrimidine-4,6(5 H )-dione ( TU-892 ) as a period lengthening molecule. From a structure-activity relationship study, we found that a molecule possessing 2,4-dichlorophenyl instead of a 3,4-dichlorophenyl group ( TU-923 ) had period shortening activity. The period shortening activity of TU-923 was reversed to a lengthening activity in double mutants lacking PSEUDO-RESPONSE REGULATOR 9 ( PRR9 ) and PRR7 ( prr9-10 prr7-11 ). Our study provides a unique small molecule pair that regulates the pace of the clock in opposite ways, likely by targeting unknown factors. Small differences at the atomic level can reverse the period tuning activities. PRR9 and PRR7 are essential for the activity of TU-923 in period shortening.

Casein kinase 1 (CK1) is an evolutionarily conserved protein kinase among eukaryotes. Studies on yeast, fungi, and animals have revealed that CK1 plays roles in divergent biological processes. By contrast, the collective knowledge regarding the biological roles of plant CK1 lags was behind those of animal CK1. One of reasons for this is that plants have more multiple genes encoding CK1 than animals. To accelerate the research for plant CK1, a strong CK1 inhibitor that efficiently inhibits multiple members of CK1 proteins in vivo (in planta) is required. Here, we report a novel strong CK1 inhibitor of Arabidopsis (AMI-331). Using a circadian period-lengthening activity as estimation of the CK1 inhibitor effect in vivo, we performed a structure-activity relationship (SAR) study of PHA767491 (1,5,6,7-tetrahydro-2-(4-pyridinyl)-4H-pyrrolo[3,2-c]pyridin-4-one hydrochloride), a potent CK1 inhibitor of Arabidopsis, and found that PHA767491 analogues bearing a propargyl group at the pyrrole nitrogen atom (AMI-212) or a bromine atom at the pyrrole C3 position (AMI-23) enhance the period-lengthening activity. The period lengthening activity of a hybrid molecule of AMI-212 and AMI-23 (AMI-331) is about 100-fold stronger than that of PHA767491. An in vitro assay indicated a strong inhibitory activity of CK1 kinase by AMI-331. Also, affinity proteomics using an AMI-331 probe showed that targets of AMI-331 are mostly CK1 proteins. As such, AMI-331 is a strong potent CK1 inhibitor that shows promise in the research of CK1 in plants.