Abstract Here, we report that SUGARS WILL EVENTUALLY BE EXPORTED TRANSPORTER (SWEET16) from Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) is a vacuole-located carrier, transporting glucose (Glc), fructose (Fru), and sucrose (Suc) after heterologous expression in Xenopus laevis oocytes. The SWEET16 gene, similar to the homologs gene SWEET17, is mainly expressed in vascular parenchyma cells. Application of Glc, Fru, or Suc, as well as cold, osmotic stress, or low nitrogen, provoke the down-regulation of SWEET16 messenger RNA accumulation. SWEET16 overexpressors (35SPro:SWEET16) showed a number of peculiarities related to differences in sugar accumulation, such as less Glc, Fru, and Suc at the end of the night. Under cold stress, 35SPro:SWEET16 plants are unable to accumulate Fru, while under nitrogen starvation, both Glc and Fru, but not Suc, were less abundant. These changes of individual sugars indicate that the consequences of an increased SWEET16 activity are dependent upon the type of external stimulus. Remarkably, 35SPro:SWEET16 lines showed improved germination and increased freezing tolerance. The latter observation, in combination with the modified sugar levels, points to a superior function of Glc and Suc for frost tolerance. 35SPro:SWEET16 plants exhibited increased growth efficiency when cultivated on soil and showed improved nitrogen use efficiency when nitrate was sufficiently available, while under conditions of limiting nitrogen, wild-type biomasses were higher than those of 35SPro:SWEET16 plants. Our results identify SWEET16 as a vacuolar sugar facilitator, demonstrate the substantial impact of SWEET16 overexpression on various critical plant traits, and imply that SWEET16 activity must be tightly regulated to allow optimal Arabidopsis development under nonfavorable conditions.

Abstract Sugars Will Eventually be Exported Transporters (SWEETs) are the most recently discovered family of plant sugar transporters. Functioning as uniporters and thus facilitating the diffusion of sugars across cell membranes, SWEETs play an important role in various physiological processes such as abiotic stress adaptation. AtSWEET17, a vacuolar fructose facilitator, was shown to be involved in the modulation of the root system during drought. Moreover, overexpression of a homolog from apple results in increased drought tolerance of tomato plants. Therefore, SWEET17 appears to be essential for the plant’s drought response. Nevertheless, the role and function of SWEET17 in aboveground tissues under drought stress to date remains enigmatic. By combining gene expression analysis with analysis of the sugar profile of various aboveground tissues, we uncovered a putative role of SWEET17 in the carbohydrate supply, and thus cauline branch emergence and growth, particularly during periods of carbon limitation as occurs under drought stress. SWEET17 thereby being of critical importance for maintaining efficient reproduction under drought stress. Highlight The fructose transporter SWEET17 supports shoot branching by increasing mobilization of carbohydrates from vacuoles to supply the newly forming inflorescence branch, thereby maintaining efficient reproduction under drought stress.

Abstract The carbon (C) and nitrogen (N) metabolisms have long been known to be coupled, and this is required for adjusting nitrogen use efficiency. Despite this intricate relationship, it is still unclear how a deregulation of sugar transport impacts N allocation. Here we investigated, in Arabidopsis, the consequences of the simultaneous downregulation of the genes coding for the sugar transporters SWEET11 , SWEET12 , SWEET16, and SWEET17 genes on various anatomical and physiological traits ranging from the stem’s vascular system development, plant biomass production, seed yield, and N remobilisation and use efficiency. Our results show that intracellular sugar exchanges mediated by SWEET16 and SWEET17 proteins specifically impact the vascular development but do not play a significant role in the distribution of N. Most importantly, we showed that the double mutant swt11swt12 , which is also impacted in the vascular development, displays an improved nitrogen use efficiency and nitrogen remobilisation to the seeds. In addition, a significant negative correlation between sugar and amino acids contents and the inflorescence stem radial growth exists, highlighting the complex interaction between the maintenance of C/N homeostasis and the inflorescence stem development. Our results thus deepen the link between sugar transport, C/N allocation and vascular system development. Highlight The disruption of genes coding for SWEET11 and SWEET12 sugar transporters negatively impacts the stem development but improves the plant nitrogen use efficiency and nitrogen remobilisation to the seeds.

Summary Phytoplasmas inhabit phloem sieve elements and cause abnormal growth and altered sugar partitioning. But how they interact with phloem functions is not clearly known. The phloem responses were investigated in tomato infected by ‘ Candidatus Phytoplasma solani’, at the beginning of the symptomatic stage of infection, both in symptomatic and asymptomatic leaves, the first symptoms appearing in the sink top leaf at the stem apex. Antisense lines impaired in the phloem sucrose transporters SUT1 and SUT2 were included. The infection in source leaves was not associated with symptoms. In the symptomatic, sink leaf, yellowing and leaf curling was associated with higher starch accumulation and expression of defense genes. The transcriptional analysis of symptomatic leaf midribs indicated that transcript levels for genes acting in the glycolysis and peroxisome metabolism in infected plants differed from these in non-infected plants. Phytoplasma multiplied actively in at least three additional lower leaves although they were symptomless, with no sign of activation of defense markers, although the rate of exudation of sucrose from these symptomless, source leaves was lower for infected plants. A few metabolites in phloem-enriched exudate were affected by the infection, such as glycolate and aspartate, and some of them were also affected in the control SUT1 - and SUT2 - antisense lines, in which sucrose retrieval or release in the sieve elements are impaired. A metabolic switch could explain the delivery of more glycolate into the sieve elements of infected plants. The findings suggest a link between sugar transport and redox homeostasis. One sentence summary An impairment of sucrose retrieval and release in the sieve elements occurs during phytoplasma infection, associated with changes in sugar and peroxisome metabolism

ABSTRACT In higher plants, the development of the vascular system is controlled by a complex network of transcription factors. However, how nutrient availability in the vascular cells affects their development remains to be addressed. At the cellular level, cytosolic sugar availability is regulated mainly by sugar exchanges at the tonoplast through active and/or facilitated transport. In Arabidopsis thaliana , among the tonoplastic transporters, SWEET16 and SWEET17 genes have been previously localized in the vascular system. Here, using a reverse genetic approach, we propose that sugar exchanges at the tonoplast, regulated by SWEET16, are important for xylem cell division as revealed in particular by the decreased number of xylem cells in the swt16 mutant and the expression of SWEET16 at the procambium-xylem boundary. In addition, we demonstrate that transport of hexoses mediated by SWEET16 and/or SWEET17 is required to sustain the formation of the xylem secondary cell wall. This result is in line with a defect in the xylem cell wall composition as measured by FTIR in the swt16swt17 double mutant and by upregulation of several genes involved in secondary cell wall synthesis. Our work therefore supports a model in which xylem development is partially dependent on the exchange of hexoses at the tonoplast of xylem-forming cells.

ABSTRACT In Arabidopsis thaliana , canonical auxin-dependent gene regulation is mediated by 23 transcription factors from the AUXIN RESPONSE FACTOR (ARF) family interacting with 29 auxin/indole acetic acid repressors (Aux/IAA), themselves forming coreceptor complexes with one of six TRANSPORT INHIBITOR1/AUXIN-SIGNALLING F-BOX (TIR1/AFB) PROTEINS. Different combinations of co-receptors drive specific sensing outputs, allowing auxin to control a myriad of processes. Considerable efforts have been made to discern the specificity of auxin action. However, owing to a lack of obvious phenotype in single loss-of-function mutants in Aux/IAA genes, most genetic studies have relied on gain-of-function mutants, which are highly pleiotropic. Using loss-of-function mutants, we show that three Aux/IAA proteins interact with ARF6 and/or ARF8, which we have previously shown to be positive regulators of AR formation upstream of jasmonate, and likely repress their activity. We also demonstrate that TIR1 and AFB2 are positive regulators of adventitious root formation and suggest a dual role for TIR1 in the control of JA biosynthesis and conjugation, as revealed by upregulation of several JA biosynthesis genes in the tir1-1 mutant. We propose that in the presence of auxin, TIR1 and AFB2 form specific sensing complexes with IAA6, IAA9 and/or IAA17 that modulate JA homeostasis to control AR initiation.

Abstract Cell walls are highly complex structures that are modified during plant growth and development. For example, the development of phloem and xylem vascular cells, which participate in the transport of sugars and water as well as support, can be influenced by cell-specific cell wall composition. Here, we used synchrotron radiation-based infrared (SR-FTIR) and Raman spectroscopy to analyze the cell wall composition of wild-type and double mutant sweet11-1sweet12-1 , which impairs sugar transport, Arabidopsis floral stem vascular tissue. The SR-FTIR spectra showed that in addition to modified xylem cell wall composition, phloem cell walls in the double mutant line were characterized by modified hemicellulose composition. Moreover, combining Raman spectroscopy with a Classification and Regression Tree (CART) method identified combinations of Raman shifts that could distinguish xylem vessels and fibers. Additionally, the disruption of SWEET11 and SWEET12 genes impacts xylem cell wall composition in a cell-specific manner, with changes in hemicelluloses and cellulose observed at the xylem vessel interface. These results suggest that the facilitated transport of sugars by transporters that exist between vascular parenchyma cells and conducting cells is important to ensuring correct phloem and xylem cell wall composition. Highlight Combining vibrational spectroscopy techniques and multivariate analysis shows that the disruption of SWEET genes impacts phloem cell wall composition and that the effect on xylem cell wall composition is cell-specific.

Abstract Sugars, produced through photosynthesis, are at the core of all organic compounds synthesized and used for plant growth and response to the environmental changes. Therefore, their production, transport and utilization is highly regulated and integrated throughout the plant life cycle. The maintenance of sugar partitioning between the different subcellular compartments (e.g., cytosol, vacuole, chloroplast), and mediated by different families of sugar transporters (e.g., SUC/SUT, SWEET, ERDL), is instrumental to adjust the photosynthesis performance and response to abiotic constraints. Here we investigated in Arabidopsis the consequences of the disruption of four genes coding for SWEET sugar transporters (SWEET11, SWEET12, SWEET16 and SWEET17) on plant photosynthesis and response to drought. Our results show that, the disruption of the intercellular sugar transport, mediated by SWEET11, negatively impacts photosynthesis efficiency and net CO 2 assimilation while the stomatal conductance and transpiration are increased. These defects are accompanied by an impairment of both cytosolic and chloroplastic glycolysis leading to an accumulation of soluble sugars, starch and organic acids. Further, our results suggest that in the swt11swt12 mutant, the sucrose-induced feedback mechanism on stomatal closure is poorly efficient. On the other hand, changes in fructose partitioning in mesophyll and vascular cells, mediated by SWEET17, positively impact photosynthesis probably through an increased starch synthesis together with a higher vacuolar sugar storage. Finally, our work shows that, a fine tuning, at transcriptional and/or translational levels, of the expression of SWEET11, SWEET16 and SWEET17 is needed in order to properly respond to drought stress. Summary statement Changes in intercellular and intracellular sugar transport mediated by SWEET11 and SWEET17 impact negatively or positively photosynthesis, respectively. In addition, a fine tuning of the expression of SWEET11, SWEET16 and SWEET17 is needed in Arabidopsis to properly respond to drought stress.

Summary • The SUC/SUT sucrose transporters belong to a family of active H+/sucrose symporters, with a role of SUC2 in active apoplasmic phloem loading to drive long-distance phloem transport of sucrose in Arabidopsis. However, the cooperation with the symplasmic pathway for phloem loading remains unclear. • In this study, we explored the consequences of reducing either apoplasmic or symplasmic pathways of phloem loading. We compared a series of lines with modified expression of SUC2 gene, and we analyzed the effects on plant growth, sugar accumulation in source and sink organs, phloem transport, and gene expression. • Our data revealed that a modified expression of SUC2 impacted apoplasmic sucrose levels in source leaves but did not impact phloem transport, as might be expected, while increasing foliar storage of carbohydrates. This response differed from lines in which symplasmic communications between phloem cells was disrupted by the over-expression of a plasmodesmata-associated protein, NHL26. • Altogether, our studies indicate an unexpected effect of SUC2 for apoplasmic sucrose levels in source leaves, together with SUC1, and suggest a feedback regulation on foliar storage. This data sheds new light on the interplay between symplasmic and apoplasmic pathways for sugar loading and the consequences on leaf water flows. Summary statement The mechanisms that coordinate apoplasmic and symplasmic loading pathways, and their effects on foliar carbon storage, remain largely unexplored. Surprisingly, the sucrose transporter SUC2 plays a significant role in maintaining sucrose levels in the apoplasm, shedding light on how apoplasmic sugar levels and water flows can interact for phloem loading.