Plant nucleotide-binding leucine-rich repeat receptors (NLRs) regulate immunity and cell death. In

Abstract Plant nucleotide-binding leucine-rich repeat receptors (NLRs) regulate immunity and cell death. RPW8 domain-containing “helper” NLRs (RNLs) are required by many “sensor” NLRs. Our crystal structure of the RNL N REQUIREMENT GENE 1.1 (NRG1.1) N-terminal signaling domain resembled that of the resting state plant resistosome-forming HOPZ-ACTIVATED RESISTANCE 1 (ZAR1) and the animal MIXED-LINEAGE KINASE-LIKE (MLKL) cation channel. Active NRG1.1 oligomerized, was enriched in plasma membrane puncta and conferred cytoplasmic Ca 2+ influx in plant and human HeLa cells. NRG1.1-dependent Ca 2+ influx and cell death were sensitive to Ca 2+ channel blockers. Ca 2+ influx and cell death mediated by NRG1.1 and ACTIVATED DISEASE RESISTANCE 1 (ADR1), another RNL, required conserved negatively charged N-terminal residues. Thus, RNLs apparently form influx channels to directly regulate cytoplasmic [Ca 2+ ] and consequent cell death. One Sentence Summary A specific class of plant immune receptors function as calcium-permeable channels upon activation to induce cell death.

Abstract Some plant NLR immune receptors are encoded in head-to-head pairs that function together. Alleles of the NLR pair CHS3/CSA1 form three clades. The clade 1 sensor CHS3 contains an integrated domain (ID) with homology to regulatory domains, which is lacking in clades 2 and 3. We defined two regulatory modes for CHS3/CSA1 pairs. One is likely mediated by effector binding to the clade 1 ID of CHS3 and the other relies on CHS3/CSA1 pairs from all clades detecting effector modification of an associated pattern recognition receptor. We suggest that an ancestral Arabidopsis CHS3/CSA1 pair gained a second recognition specificity and regulatory mechanism through ID acquisition, while retaining its original specificity as a ‘Guard’ against perturbation of pattern recognition receptor targeting by a pathogen effector. This likely comes with a cost, since both ID and non-ID alleles of the pair persist in diverse Arabidopsis populations through balancing selection. Summary We dissect a novel case where two regulatory modes emerged across three clades of the co-evolved CHS3/CSA1 plant immune receptor pairs, which features recruitment of an integrated domain (ID) into the clade 1 CHS3 alleles. Pre- and post-ID integration alleles maintain functionality; balancing selection maintains both in the Arabidopsis pan-genome.

Abstract Intracellular plant immune receptors, termed NLRs, respond to pathogen effectors delivered into plant cells. Activation of NLRs typically confers immunity. Sensor NLRs, involved in effector recognition, are either TIR-NLRs (TNLs) or CC-NLRs (CNLs). Helper NLRs, required for sensor NLR signaling, include CC R -NLRs (RNLs) and a special class of CNLs known as NRCs. Activated TNLs produce small molecules that induce an association between the EDS1/SAG101 heterodimer and the NRG1s helper RNLs. Auto active NRG1s oligomerize and form calcium signaling channels largely localized at the plasma membrane (PM). The molecular mechanisms of helper NLR PM association and effector induced NRG1 oligomerization are not well characterized. We find that both RNLs and NRCs require positively charged residues in the second and fourth helices of their CC R or CC domain for phospholipid binding and PM association before and after activation, despite conformational changes that accompany activation. We demonstrate that effector activation of TNLs induces NRG1 oligomerization at the PM and that the cytoplasmic pool of EDS1/SAG101 is critical for cell death function. EDS1/SAG101 cannot be detected in the oligomerized NRG1 resistosome, suggesting that additional unknown triggers might be required to induce the dissociation of EDS1/SAG101 from the previously described NRG1/EDS1/SAG101 heterotrimer before subsequent NRG1 oligomerization, or that the conformational changes resulting from NRG1 oligomerization abrogate the interface for EDS1/SAG101 association. Our data provide new observations regarding dynamic PM association during helper NLR activation and underpin an updated model for effector induced NRG1 resistosome formation.