Abstract Maintaining stable and transient quiescence in differentiated and stem cells, respectively, requires repression of the cell cycle. The plant RETINOBLASTOMA-RELATED (RBR) has been implicated in stem cell maintenance, presumably by forming repressor complexes with E2F transcription factors. Surprisingly we find that mutations in all three canonical E2Fs do not compromise the cell cycle, but similarly to RBR silencing, result in overproliferation. Contrary to the growth arrest upon RBR silencing, when exit from proliferation to differentiation is inhibited, the e2fabc mutant develops enlarged organs with supernumerary stem and differentiated cells as the quiescence is compromised. While E2F, RBR and the M-phase regulatory MYB3Rs are part of the DREAM repressor complexes, and recruited to overlapping groups of targets, they regulate distinct sets of genes. Only the loss of E2Fs but not the MYB3Rs interferes with quiescence, which might be due to the ability of E2Fs to control both G1-S and some key G2-M targets. We conclude that collectively the three canonical E2Fs in complex with RBR have central roles in establishing cellular quiescence during organ development, leading to enhanced plant growth.

Abstract Survival of living organisms is fully dependent on their maintenance of genome integrity, being permanently threatened by replication stress in proliferating cells. Although the plant DNA damage response (DDR) regulator SOG1 has been demonstrated to cope with replicative defects, accumulating evidence points to other pathways functioning independently of SOG1. Here, we have studied the role of the Arabidopsis E2FA and EF2B transcription factors, two well-characterized regulators of DNA replication, in the response to replication stress. Through a combination of reverse genetics and chromatin-immunoprecipitation approaches, we show that E2FA and E2FB share many target genes with SOG1, providing evidence for their involvement in the DDR. Analysis of double and triple mutant combinations revealed that E2FB, rather than E2FA, plays the most prominent role in sustaining growth in the presence of replicative defects, either operating antagonistically or synergistically with SOG1. Reversely, SOG1 aids in overcoming the replication defects of E2FA/E2FB-deficient plants. Our data reveal a complex transcriptional network controlling the replication stress response, in which both E2Fs and SOG1 act as key regulatory factors. ONE-SENTENCE SUMMARY The Arabidopsis E2FA and EF2B transcription factors differently contribute to the plant’s response to DNA replication defects in a cooperative way with the DNA damage response regulator SOG1.

Abstract Embedded β-barrel proteins in the outer envelope membrane mediate most cellular traffic between the cytoplasm and the plastids. Although TOC75-V/OEP80 has been implicated in the insertion and assembly of β-barrel proteins in the outer envelope membrane of Arabidopsis thaliana , relatively little is known about this process. CRUMPLED LEAF ( CRL ) encodes a protein localizing in the outer envelope membrane, and its loss of function results in pleiotropic defects, including altered plant morphogenesis, growth retardation, suppression of plastid division, and spontaneous light intensity-dependent localized cell death. A suppressor screen conducted on mutagenized crl mutants with ethyl methanesulfonate revealed that a missense mutation in OEP80 suppresses crl ’s pleiotropic defects. Furthermore, we found that the complex formation of OEP80 was compromised in crl . Furthermore, we demonstrated that CRL interacts with OEP80 in vivo and that a portion of CRL is present in protein complexes with the same molecular weight as the OEP80-associated complex. Our results suggest that CRL interacts with OEP80 to regulate its complex formation. CRL has been shown to be involved in plastid protein import; therefore, pleiotropic defects in crl are likely due to the combined effects of decreased plastid protein import and altered membrane integration of β-barrel proteins in the outer envelope membrane. This study sheds light on the mechanisms that allow the integration of β-barrel proteins into the outer envelope membrane of plastids and the significance of this finding for plant cellular processes.

Abstract How cell size and number are determined during organ development remains a fundamental question in cell biology. Here, we identified a GRAS family transcription factor, called SCARECROW-LIKE28 (SCL28), with a critical role in determining cell size in Arabidopsis. SCL28 is part of a transcriptional regulatory network downstream of the central MYB3Rs that regulate G2 to M phase cell cycle transition. We show that SCL28 forms a dimer with the AP2-type transcription factor, AtSMOS1, which defines the specificity for promoter binding and directly activates transcription of a specific set of SIAMESE-RELATED (SMR) family genes, encoding plant-specific inhibitors of cyclin-dependent kinases and thus inhibiting cell cycle progression at G2 and promoting the onset of endoreplication. Through this dose-dependent regulation of SMR transcription, SCL28 quantitatively sets the balance between cell size and number without dramatically changing final organ size. We propose that this hierarchical transcriptional network constitutes a cell cycle regulatory mechanism that allows to adjust cell size and number to attain robust organ growth.

The mitochondria of flowering plants have large and complex genomes whose structure and segregation are modulated by recombination activities. Among unresolved questions is what are the pathways responsible for the late steps of homologous recombination: while the loss of mitochondrial recombination is not viable, a deficiency in RECG1-dependent branch migration has little impact on plant development. Here we present an additional pathway required for the processing of organellar recombination intermediates, the one depending on RADA. RADA is similar in structure and activity to bacterial RadA/Sms, and in vitro it binds to ssDNA and accelerates strand-exchange reactions initiated by RecA. RADA-deficient plants are severely impacted in their development and fertility, correlating with increased mtDNA ectopic recombination and replication of recombination-generated subgenomes. The radA mutation is epistatic to recG1, indicating that RADA drives the main branch migration pathway of plant mitochondria. In contrast, the double mutation radA recA3 is lethal, revealing the importance of an alternative RECA3-dependent pathway. Interestingly, the radA developmental phenotypes could not be correlated with obvious defects in mitochondrial gene expression. Rather, it seems that it is the activation of genes that repress cell cycle progression that is partially the cause of the stunted growth of radA mutants.

The 3D chromatin organization plays a major role in the control of gene expression. However, our comprehension of the governing principles behind nuclear organization remains incomplete. Particularly, the spatial segregation of loci with similar repressive transcriptional states in plants poses a significant yet poorly understood puzzle. In this study, employing a combination of genetics and advanced 3D genomics approaches, we demonstrated that a redistribution of facultative heterochromatin marks in regions usually occupied by constitutive heterochromatin marks disrupts the 3D genome compartmentalisation. This disturbance, in turn, triggers novel chromatin interactions between genic and transposable element (TE) regions. Interestingly, our results imply that epigenetic features, constrained by genetic factors, intricately mold the landscape of 3D genome organisation. This study sheds light on the profound genetic-epigenetic interplay that underlies the regulation of gene expression within the intricate framework of the 3D genome. Our findings highlight the complexity of the relationships between genetic determinants and epigenetic features in shaping the dynamic configuration of the 3D genome.

Histone modifications deposited by the Polycomb repressive complex 2 (PRC2) play a critical role in the control of growth, development and adaptation to environmental fluctuations in most multicellular eukaryotes. The catalytic activity of PRC2 is counteracted by Jumonji-type (JMJ) histone demethylases, which shapes the genomic distribution of H3K27me3. Here, we show that two JMJ histone demethylases in Arabidopsis, EARLY FLOWERING 6 (ELF6) and RELATIVE OF EARLY FLOWERING 6 (REF6), play distinct roles in H3K27me3 and H3K27me1 homeostasis. We show that failure to reset these chromatin marks during sexual reproduction results in the inheritance of epigenetic imprints, which cause a loss of DNA methylation at heterochromatic loci and transposon activation. Thus, Jumonji-type histone demethylases in plants contribute towards maintaining distinct transcriptional states during development and help safeguard genome integrity following sexual reproduction.