ABSTRACT Autocrine signaling pathways regulated by RAPID ALKALINIZATION FACTORs (RALFs) control cell wall integrity during pollen tube germination and growth in Arabidopsis. To investigate the role of pollen-specific RALFs in another plant species, we combined gene expression data with phylogenetic and biochemical studies to identify candidate orthologs in maize. We show that Clade IB ZmRALF2/3 mutants, but not that of Clade III ZmRALF1/5 caused cell wall instability in the sub-apical region of the growing pollen tube. ZmRALF2/3 are mainly located to the cell wall and are partially able to complement the pollen germination defect of their Arabidopsis orthologs AtRALF4/19. Mutations in ZmRALF2/3 compromise pectin distribution pattern leading to altered cell wall thickness, hyperphosphorylation of ZmPEX cell wall proteins and pollen tube burst. Clade IB, but not Clade III ZmRALFs are capable to interact with pollen-specific CrRLK1L receptor kinases ZmFERL4/7/9 and GPI-anchored co-receptors ZmLLG1/2 at similar binding affinities. In contrast, binding affinity to ZmPEX2/4 cell wall proteins is about five times higher. Based on these data, we now propose a dosage-dependent model showing how Clade IB RALFs act as extracellular sensors to regulate cell wall integrity and thickness during pollen tube growth in plants. One sentence summary Pollen-specific RALFs interact at different binding affinities with receptor kinases, GPI-anchored proteins and cell wall proteins to regulate cell wall integrity during pollen tube growth in maize.

Abstract Microscopy image profiling is becoming increasingly important in biological research. Microsnoop is a new deep learning-based representation tool that has been trained on large-scale microscopy images using masked self-supervised learning, eliminating the need for manual annotation. Microsnoop can unbiasedly profile a wide range of complex and heterogeneous images, including single-cell, fully imaged, and batch-experiment data. Its performance was evaluated on seven high-quality datasets, containing over 358,000 images and 1,270,000 single cells with varying resolutions and channels from cellular organelles to tissues. The results show that Microsnoop outperforms previous generalist and even custom algorithms, demonstrating its robustness and state-of-the-art performance in all biological applications. Furthermore, Microsnoop can contribute to multi-modal studies and is highly inclusive of GPU and CPU capabilities. It can be easily and freely deployed on local or cloud computing platforms.

Abstract Water-saving and drought-resistant rice (WDR) is a new type of rice varieties. It plays an important role in responding to drought with high yield and has been widely planted in central China at present. High photosynthetic production potential caused by high mesophyll conductance ( g m ) is the main factor promoted high yield formation in drought for WDR. But little is known about physiological and molecular mechanisms regulated g m in drought for WDR. Therefore, WDR cultivar HY73 and drought-sensitive cultivar HLY898 were used for comparative studies with three irrigation regimes before applying severe drought treatment at heading to create different differential individuals of photosynthetic potential and g m . The results showed that cultivar HY73 had lower up-regulation different expression genes (DEGs) than cultivar HLY898 in drought at transcriptional level. Conversely, DEGs of down-regulation was higher in cultivar HY73 than cultivar HLY898. In addition, 3071 DEGs were clustered in 3 modules named Midnightblue (734 DEGs), Blue (921 DEGs), and Turquoise (1416 DEGs) in severe drought merged three irrigation regimes and both cultivars, which the modules had significant correlational relationship with g m based on weighted gene co-expression network analysis ( P <0.05). Only DEGs in midnightblue module were enriched in photosynthesis process and positively regulated g m ( P <0.05). The main biological process were photosynthesis (GO:0015979), light harvesting in photosystem I (GO:0009768), reductive pentose-phosphate cycle (GO:0019253), protein-chromophore linkage (GO:0018298), photosynthetic electron transport in photosystem I (GO:0009773), and photosystem II repair (GO:0010206). These results indicate that g m and energy distribution in PSI and PSII systems could synergistic effect photosynthetic production potential in severe drought for rice plants. In the modules, the 18 most highly connected hub genes were screened using co-expression networks method. RT-PCR analysis indicated that CSP41B , PGLP1A , LHCA5 , and GSTU6 genes had a similar variation trend with g m among treatments for both cultivar. LHCA5 and CSP41B genes were significantly up-regulated in HY73 compared with HLY898 in drought ( P <0.05). And the both genes locates in thylakoid membrane in photosystems. Therefore, LHCA5 and CSP41B genes could be key genes to synergistically manage g m and energy distribution in photosystems. Our results provide some new physiological and molecular mechanisms regulated g m in severe drought for WDR.