Abstract

 NPR1 is an essential regulator of plant systemic acquired resistance (SAR), which confers immunity to a broad-spectrum of pathogens. SAR induction results in accumulation of the signal molecule salicylic acid (SA), which induces defense gene expression via activation of NPR1. We found that in an uninduced state, NPR1 is present as an oligomer formed through intermolecular disulfide bonds. Upon SAR induction, a biphasic change in cellular reduction potential occurs, resulting in reduction of NPR1 to a monomeric form. Monomeric NPR1 accumulates in the nucleus and activates gene expression. Inhibition of NPR1 reduction prevents defense gene expression, whereas mutation of Cys82 or Cys216 in NPR1 leads to constitutive monomerization, nuclear localization of the mutant proteins, and defense gene expression. These data provide a missing link between accumulation of SA and activation of NPR1 in the SAR signaling pathway.

Changes in redox status have been observed during immune responses in different organisms, but the associated signaling mechanisms are poorly understood. In plants, these redox changes regulate the conformation of NPR1, a master regulator of salicylic acid (SA)–mediated defense genes. NPR1 is sequestered in the cytoplasm as an oligomer through intermolecular disulfide bonds. We report that S-nitrosylation of NPR1 by S- nitrosoglutathione (GSNO) at cysteine-156 facilitates its oligomerization, which maintains protein homeostasis upon SA induction. Conversely, the SA-induced NPR1 oligomer-to-monomer reaction is catalyzed by thioredoxins (TRXs). Mutations in both NPR1 cysteine-156 and TRX compromised NPR1-mediated disease resistance. Thus, the regulation of NPR1 is through the opposing action of GSNO and TRX. These findings suggest a link between pathogen-triggered redox changes and gene regulation in plant immunity.

Systemic acquired resistance (SAR) is a broad-spectrum plant immune response involving profound transcriptional changes that are regulated by the coactivator NPR1. Nuclear translocation of NPR1 is a critical regulatory step, but how the protein is regulated in the nucleus is unknown. Here, we show that turnover of nuclear NPR1 protein plays an important role in modulating transcription of its target genes. In the absence of pathogen challenge, NPR1 is continuously cleared from the nucleus by the proteasome, which restricts its coactivator activity to prevent untimely activation of SAR. Surprisingly, inducers of SAR promote NPR1 phosphorylation at residues Ser11/Ser15, and then facilitate its recruitment to a Cullin3-based ubiquitin ligase. Turnover of phosphorylated NPR1 is required for full induction of target genes and establishment of SAR. These in vivo data demonstrate dual roles for coactivator turnover in both preventing and stimulating gene transcription to regulate plant immunity.

Abstract Huanglongbing (HLB) is a devastating citrus disease caused by the phloem-resident bacterial pathogen Candidatus liberibacter asiaticus ( C Las). C Las infection of susceptible varieties triggers unbalanced immune responses, leading to overaccumulation of callose and reactive oxygen species (ROS), which in turn causes phloem plugging and HLB symptom development. Interestingly, some citrus relatives exhibit little or no symptoms in the presence of C Las, a phenomenon termed HLB tolerance. Moreover, overexpression of the Arabidopsis thaliana NPR1 ( AtNPR1 ) gene in susceptible varieties has been shown to confer robust HLB tolerance. However, the mechanisms underlying HLB tolerance remain enigmatic. Here, we show that overexpression of AtNPR1 suppresses C Las- and Pseudomonas syringae pv. maculicola ES4326 ( Psm )-induced overaccumulation of callose and ROS in citrus and Arabidopsis , respectively. Importantly, we found that knocking out of the Arabidopsis negative immune regulators, AtNPR3 and AtNPR4 , and silencing of their Citrus sinensis ortholog CsNPR3 , similarly suppress Psm - and C Las-induced callose and ROS overaccumulation, respectively, and that silencing of CsNPR3 also enhances HLB tolerance. These results reveal a conserved role of the NPR1 / NPR3 / NPR4 -mediated signaling pathway in regulating plant immune balances and provide mechanistic support for overexpression of AtNPR1 or silencing of AtNPR3/AtNPR4 orthologs in citrus as a long-term solution to the HLB disease.

Abstract The citrus industry holds significant economic importance in Florida, being one of the leading producers of oranges and grapefruits in the United States. However, several diseases, such as canker and huanglongbing along with natural disasters like hurricanes have rigorously affected citrus production, quality, and yield. Improving citrus through traditional breeding methods requires significant challenges due to time constraints and complexity in genetic enhancements. To overcome these limitations, several expression systems have been developed in clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-associated protein 9 (CRISPR/Cas9) framework allowing for gene editing of disease-associated genes across diverse citrus varieties. In this study, we present a new approach employing a multi-intron containing Cas9 gene plus multiple gRNAs separated with tRNA sequences to target the phytoene desaturase ( PDS ) gene in both ‘Carrizo’ citrange and ‘Duncan’ grapefruit. Notably, using this unified vector significantly boosted editing efficiency in both citrus varieties, showcasing mutations in all three designated targets. The implementation of this multiplex gene editing system with a multi-intron-containing Cas9 plus a gRNA-tRNA array demonstrates a promising avenue for efficient citrus genome editing, equipping us with potent tools in the ongoing battle against HLB. Statements and Declarations Competing interests The authors declare that they have no competing interests. Supplementary Information Supplementary File 1

Huanglongbing (HLB) disease, caused by

Sorghum bicolor (L.) Moench is the fifth most important cereal crop and expected to gain prominence due to its versatility, low input requirements, and tolerance to hot and dry conditions. In warm and humid environments the productivity of sorghum is severely limited by the hemibiotrophic fungal pathogen Colletotrichum sublineola, the causal agent of anthracnose. Cultivating anthracnose-resistant accessions is the most effective ane environmentally benign way to safeguard yield. A previous genome-wide association study for anthracnose resistance in the sorghum association panel (SAP) uncovered single nucleotide polymorphisms on chromosome 5 associated with resistance to anthracnose, including one located within the coding region of gene Sobic.005G182400. In this study, we investigated the molecular function of Sobic.005G182400 in response to C. sublineola infection. Conserved domain, phylogenetic, and structural analyses revealed that the protein encoded by Sobic.005G182400 shares significant structural similarity with the Arabidopsis BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1-ASSOCIATED RECEPTOR KINASE 1 (BAK1) / SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR-LIKE KINASE 4 (SERK4). Even though sequence analysis of four sorghum accessions showed no substantial variation in the coding region, accession SC1330, which carries the resistance allele, exhibited significantly higher expression of Sobic.005G182400 during early infection (≤24 hours). Co-expression network analysis identified the module associated with Sobic.005G182400 was enriched in genes involved in endocytosis, autophagy, and vesicle transport. Gene regulatory network analysis further suggested that Sobic.005G182400 regulates genes required for BAK1/SERK4-mediated cell death via protein glycosylation. Together, these findings indicate that Sobic.005G182400 encodes a protein with similarity to Arabidopsis BAK1/SERK4 that enables PAMP-triggered immunity and regulates cell death.