Summary Plants circumscribe microbe-associated molecular pattern (MAMP)-triggered immune responses to weak points of the roots. This spatially restricted immunity was suggested to avoid constitutive responses to rhizosphere microbiota. To demonstrate its relevance, we combined cell-type specific expression of the plant flagellin receptor (FLS2) with fluorescent defence markers and mapped immune competency at cellular resolution. Our analysis distinguishes cell-autonomous and non-cell autonomous responses and reveals lignification to be tissue-independent, contrasting cell-type specific suberisation. Importantly, our analysis divides the non-responsive meristem into a central zone refractory to FLS2 expression, and a cortex that becomes highly sensitised by FLS2 expression, causing meristem collapse upon MAMP exposure. Meristematic epidermal expression generates super-competent lines that detect native bacterial flagellin and bypass the absence of response to commensals, providing a powerful tool for studying root immunity. Our precise manipulations and read-outs demonstrate incompatibility of meristematic activity and defence and the importance of cell-resolved studies of plant immunity.

ABSTRACT The invention of lignin has been at the heart of plants’ capacity to colonize land, allowing them to grow tall, transport water within their bodies and protect themselves against various stresses. Consequently, this polyphenolic polymer, that impregnates the cellulosic plant cell walls, now represents the second most abundant polymer on Earth, after cellulose itself. Yet, despite its great physiological, ecological and economical importance, our knowledge of lignin biosynthesis in vivo , especially the crucial last steps of polymerization within the cell wall, remains vague. Specifically, the respective roles and importance of the two main polymerizing enzymes classes, laccases and peroxidases have remained obscure. One reason for this lies in the very high numbers of laccases and peroxidases encoded by 17 and 73 homologous genes, respectively, in the Arabidopsis genome. Here, we have focused on a specific lignin structure, the ring-like Casparian strips (CS) within the endodermis of Arabidopsis roots. By reducing the number of possible candidate genes using cellular resolution expression and localization data and by boosting the levels of mutants that can be stacked using CRISPR/Cas9, we were able to knock-out more than half of all laccases in the Arabidopsis genome in a nonuple mutant – abolishing the vast majority of laccases with detectable endodermal-expression. Yet, we were unable to detect even slight defects in CS formation. By contrast, we were able to induce a complete absence of CS formation in a quintuple peroxidase mutant. Our findings are in stark contrast to the strong requirement of xylem vessels for laccase action and indicate that lignin in different cell types can be polymerized in very distinct ways. We speculate that cells lignify differently depending on whether they deposit lignin in a localized or ubiquitous fashion, whether they stay alive during and after lignification as well as the composition of the cell wall.

Abstract Background Cardamine chenopodiifolia is an amphicarpic plant that develops two fruit morphs, one above and the other below ground. Above-ground fruit disperse their seeds by explosive coiling of the fruit valves, while below-ground fruit are non-explosive. Amphicarpy is a rare trait that is associated with polyploidy in C. chenopodiifolia . Studies into the development and evolution of this trait are currently limited by the absence of genomic data for C. chenopodiifolia . Results We produced a chromosome-scale assembly of the octoploid C. chenopodiifolia genome using high-fidelity long read sequencing with the Pacific Biosciences platform. We successfully assembled 32 chromosomes and two organelle genomes with a total length of 597.2 Mbp and an N50 of 18.8 kbp (estimated genome size from flow cytometry: 626 Mbp). We assessed the quality of this assembly using genome-wide chromosome conformation capture (Omni-C) and BUSCO analysis (97.1% genome completeness). Additionally, we conducted synteny analysis to infer that C. chenopodiifolia likely originated via allo-rather than auto-polyploidy and phased one of the four sub-genomes. Conclusions This study provides a draft genome assembly for C. chenopodiifolia , which is a polyploid, amphicarpic species within the Brassicaceae family. This genome offers a valuable resource to investigate the under-studied trait of amphicarpy and the origin of new traits by allopolyploidy.

Summary To respond appropriately to diverse stimuli, cells harbour numerous receptor pathways yet share downstream signalling components. Mitogen-Activated Protein Kinase (MPK) cascades, present in all eukaryotes, act as central hubs shared amongst diverse signalling pathways. How signalling specificity is maintained within a single plant cell-type is not well understood. We engineered a genetic background for direct comparisons of a developmental and an immunity pathway in the Arabidopsis root endodermis. We show the two pathways maintain distinct outputs despite similar MPK phosphorylation patterns. Systematic activation of all individual MPK Kinases (MKKs) in the endodermis revealed that different MKK groups can drive distinct outputs. We propose that specificity is achieved through a balance of combinatorial activation and cross-pathway inhibition within the MPK cascade. Our findings demonstrate the ability of MPK cascades to generate diverse outputs in one plant cell-type, providing new insights into the mechanisms contributing to signalling specificity.

Summary Amphicarpy is an unusual trait where two fruit types develop: one above and the other below ground. This trait is not found in conventional model species, therefore, its development and molecular genetics remain under-studied. Here, we establish Cardamine chenopodiifolia as an emerging experimental system to study amphicarpy. We characterized the development of C. chenopodiifolia , focusing on differences in morphology and cell wall histochemistry between above- and below-ground fruit. We generated a reference transcriptome using PacBio full-length transcript sequencing (IsoSeq) and used a combination of short and long read sequencing to analyse differential gene expression between above- and below-ground fruit valves. C. chenopodiifolia has two contrasting modes of seed dispersal. The main shoot fails to bolt and initiates floral primordia that bury underground where they self-pollinate and set seed. By contrast, axillary shoots bolt to position flowers and exploding seed pods above ground. Morphological differences between aerial explosive fruit and subterranean non-explosive fruit were reflected in a large number of differentially regulated genes involved in photosynthesis, secondary cell wall formation and defence responses. Tools established in C. chenopodiifolia , such as a reference transcriptome, draft genome assembly and stable plant transformation, pave the way to explore under-studied traits and discover new biological mechanisms.