Abstract Nucleotide-binding domain and leucine-rich repeat (NLR) immune receptors are important components of plant and metazoan innate immunity that can function as individual units or as pairs or networks. Upon activation, NLRs form multiprotein complexes termed resistosomes or inflammasomes. Whereas metazoan paired NLRs, such as NAIP/NLRC4, activate into hetero-complexes, the molecular mechanisms underpinning activation of plant paired NLRs, especially whether they associate in resistosome hetero-complexes is unknown. In asterid plant species, the NLR required for cell death (NRC) immune receptor network is composed of multiple resistance protein sensors and downstream helpers that confer immunity against diverse plant pathogens. Here, we show that pathogen effector-activation of the NLR proteins Rx (confers virus resistance) and Bs2 (confers bacterial resistance) leads to oligomerization of the helper NLR NRC2. Activated Rx does not oligomerize or enter into a stable complex with the NRC2 oligomer and remains cytoplasmic. In contrast, activated NRC2 oligomers accumulate in membrane-associated puncta. We propose an activation-and-release model for NLRs in the NRC immune receptor network. This points to a distinct activation model compared to mammalian paired NLRs.

ABSTRACT In plants, NLR (nucleotide-binding domain and leucine-rich repeat-containing) proteins can form receptor networks to confer hypersensitive cell death and innate immunity. One class of NLRs, known as NRCs (NLR required for cell death), are central nodes in a complex network that protects against multiple pathogens and comprises up to half of the NLRome of solanaceous plants. Given the prevalence of this NLR network, we hypothesized that pathogens convergently evolved to secrete effectors that target NRC activities. To test this, we screened a library of 167 bacterial, oomycete, nematode and aphid effectors for their capacity to suppress the cell death response triggered by the NRC-dependent disease resistance proteins Prf and Rpi-blb2. Among five of the identified suppressors, one cyst nematode protein and one oomycete protein suppress the activity of autoimmune mutants of NRC2 and NRC3, but not NRC4, indicating that they specifically counteract a subset of NRC proteins independently of their sensor NLR partners. Whereas the cyst nematode effector SPRYSEC15 binds the nucleotide-binding domain of NRC2 and NRC3, the oomycete effector AVRcap1b suppresses the response of these NRCs via the membrane trafficking-associated protein NbTOL9a (Target of Myb 1-like protein 9a). We conclude that plant pathogens have evolved to counteract central nodes of the NRC immune receptor network through different mechanisms. Coevolution with pathogen effectors may have driven NRC diversification into functionally redundant nodes in a massively expanded NLR network.

Abstract Wheat ( Triticum aestivum L .) breeding efforts have increased grain yield predominantly by raising grain numbers per spikelet, rather than grain weight or spikelet number. However, across a single spike large differences exist in the number of grains per spikelet. The central spikelets produce the highest number of grains in any given genotype while apical and basal spikelets are less productive. Basal spikelets are delayed in development just after initiation and are smaller and less advanced than central spikelets already by the glume primordium stage. However, basal spikelets continue to develop and produce florets until much later in the wheat growth cycle. The precise timings or the cause of their growth cessation, and subsequent abortion, is largely unknown. In this study we investigated the underlying causes of rudimentary basal spikelet abortion. We investigated basal spikelet development in four UK winter wheat varieties as well as a set of near-isogenic lines for VRT-A2 ( VEGETATIVE TO REPRODUCTIVE TRANSITION 2 ) using shading applications in the field. We propose that basal spikelet abortion is likely the consequence of complete floret abortion as both occur at the same time and have the same response to shading treatments. Furthermore, we found that the developmental age of florets pre-abortion is an important factor for their likelihood to survive and develop viable seed. Previously, it had been proposed that reduced assimilate availability in the base of the spike leads to increased abortion. Re-analysis of published data alongside data presented here, however, does not support this model. We found that rather than assimilate availability, it is the reduced developmental age of basal florets before abortion that correlates with increased abortion. Using the floret Waddington developmental stage pre-abortion, we were able to predict final grain set per spikelet across the spike, alongside the characteristic gradient in number of grains from basal to central spikelets. We found that advancing past Waddington stage 5.5 seems to be important for floret survival and that most florets in basal spikelets had not reached this stage at the onset of floret abortion. The abortion of all florets could therefore be the reason for their rudimentary appearance in the mature spike, suggesting that basal spikelet abortion is simply the consequence of all florets inside the spikelet being aborted and thus all other spikelet structures (e.g., lemma, rachilla, glume) also ceasing to develop. Future efforts to improve spikelet homogeneity across the spike could thus focus on improving basal spikelet establishment and increasing floret development rates pre-abortion.