ABSTRACT Ligand recognition by cell-surface receptors underlies development and immunity in both animals and plants. Modulating receptor signaling is critical for appropriate cellular responses but the mechanisms ensuring this are poorly understood. Here, we show that signaling by plant receptors for pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) in immunity and CLAVATA3/EMBRYO SURROUNDING REGION-RELATED peptides (CLEp) in development employ a similar regulatory module. In the absence of ligand, signaling is dampened through association with specific type-2C protein phosphatases (PP2Cs). Upon activation, PAMP and CLEp receptors phosphorylate divergent cytosolic kinases, which, in turn, phosphorylate the phosphatases, thereby promoting their release from the receptor complexes. Our work reveals a regulatory circuit shared between immune and developmental receptor signaling, which may have broader important implications for plant receptor kinase-mediated signaling in general.

ABSTRACT Spatial partitioning is a propensity of biological systems orchestrating cell activities in space and time. The dynamic regulation of plasma membrane nano-environments has recently emerged as a key fundamental aspect of plant signaling, but the molecular components governing it are still mostly unclear. The receptor kinase FERONIA (FER) controls complex formation of the immune receptor kinase FLAGELLIN SENSING 2 (FLS2) with its co-receptor BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1-ASSOCIATED KINASE 1 (BAK1), and this function is inhibited by the FER ligand RAPID ALKALANIZATION FACTOR 23 (RALF23). Here, we show that FER regulates the plasma membrane nanoscale organization of FLS2 and BAK1. Our study demonstrates that akin to FER, leucine-rich repeat (LRR) extensin (LRXs) proteins contribute to RALF23 responsiveness, regulate BAK1 nanoscale organization and immune signaling. Furthermore, RALF23 perception leads to rapid modulation of FLS2 and BAK1 nanoscale organization and its inhibitory activity on immune signaling relies on FER kinase activity. Our results suggest that perception of RALF peptides by FER and LRXs actively modulates the plasma membrane nanoscale landscape to regulate cell surface signaling by other receptor kinases.

Abstract A signaling complex comprising members of the LORELEI (LRE)-LIKE GPI-anchored protein (LLG) and Catharanthus roseus RECEPTOR-LIKE KINASE 1-LIKE ( Cr RLK1L) families perceive RAPID ALKALINIZATION FACTOR (RALF) peptides and regulate growth, reproduction, immunity, and stress responses in Arabidopsis. Genes encoding these proteins are members of multi-gene families in most angiosperms and could generate thousands of signaling complex variants. However, the link(s) between expansion of these gene families and the functional diversification of this critical signaling complex as well as the evolutionary factors underlying the maintenance of gene duplicates remain unknown. Here, we investigated LLG gene family evolution, function, and expression in angiosperms. We found that LLGs in monocots and eudicots are descendants of a duplication early in angiosperm evolution and that both ancient and recent LLG duplicates are retained. Complementation and expression analysis showed that expression divergence of LLGs (regulatory subfunctionalization), rather than functional divergence, explains the retention of paralogs in Brassicales. All but one extant monocot and eudicot species examined maintained an LLG copy with preferential expression in male reproductive tissues, with the other duplicate copies showed highest levels of expression in female or vegetative tissues. Interestingly, the single LLG copy in Amborella (sister to all other angiosperms) is expressed vastly higher in male compared to female reproductive or vegetative tissues. Reconstruction of expression evolution showed that the highest inferred expression levels for the single copy ancestral angiosperm LLG was in male reproductive tissues. We propose that expression divergence played an important role in maintenance of LLG duplicates in angiosperms. One Sentence Summary Expression divergence played an important role in maintenance of two sub-groups of LLG duplicates in angiosperms

Carbohydrate-based cell wall signaling impacts plant growth, development, and stress responses; however, how cell wall signals are perceived and transduced remains poorly understood. Several cell wall breakdown products have been described as typical damage-associated molecular patterns (DAMPs) that activate plant immunity, including pectin-derived oligogalacturonides (OGs). Receptor kinases (RKs) of the WALL-ASSOCIATED KINASE (WAK) family have been shown to bind pectin and OGs, and were previously proposed as OG receptors. However, unambiguous genetic evidence for the role of WAKs in OG responses is lacking. Here, we investigated the role of Arabidopsis WAKs in OG perception using a novel deletion mutant of the clustered WAK family. Using a combination of immune assays for early and late pattern-triggered immunity (PTI), we show that WAKs are dispensable for OG-induced signaling and immunity, indicating that they are not bona fide OG receptors.

Communication between the gametophytes is vital for angiosperm fertilisation. Multiple CrRLK1L-type receptor kinases prevent premature pollen tube burst, while another CrRLK1L protein, FERONIA (FER), is required for pollen tube burst in the female gametophyte. We report here the identification of two additional CrRLK1L homologues, HERCULES RECEPTOR KINASE 1 (HERK1) and ANJEA (ANJ), which act redundantly to promote pollen tube burst at the synergid cells. HERK1 and ANJ localise to the filiform apparatus of the synergid cells in unfertilised ovules, and in herk1 anj mutants a majority of ovules remain unfertilised due to pollen tube overgrowth, together indicating that HERK1 and ANJ act as female determinants for fertilisation. As in fer mutants, the synergid cell-specific, endomembrane protein NORTIA (NTA) is not relocalised after pollen tube reception; however, unlike fer mutants, reactive oxygen species levels are unaffected in herk1 anj double mutants. Both ANJ and HERK1 associate with FER and its proposed co-receptor LORELEI (LRE) in planta . Together, our data indicate that HERK1 and ANJ act with FER to mediate female-male gametophyte interactions during plant fertilisation.