Genes for trehalose metabolism are widespread in higher plants. Insight into the physiological role of the trehalose pathway outside of resurrection plant species is lacking. To address this lack of insight, we express Escherichia coli genes for trehalose metabolism in Arabidopsis thaliana, which manipulates trehalose 6-phosphate (T6P) contents in the transgenic plants. Plants expressing otsA [encoding trehalose phosphate synthase (TPS)] accumulate T6P whereas those expressing either otsB [encoding trehalose phosphate phosphatase (TPP)] or treC [encoding trehalose phosphate hydrolase (TPH)] contain low levels of T6P. Expression of treF (encoding trehalase) yields plants with unaltered T6P content and a phenotype not distinguishable from wild type when grown on soil. The marked phenotype obtained of plants accumulating T6P is opposite to that of plants with low T6P levels obtained by expressing either TPP or TPH and consistent with a critical role for T6P in growth and development. Supplied sugar strongly inhibits growth of plants with reduced T6P content and leads to accumulation of respiratory intermediates. Remarkably, sugar improves growth of TPS expressors over wild type, a feat not previously accomplished by manipulation of metabolism. The data indicate that the T6P intermediate of the trehalose pathway controls carbohydrate utilization and thence growth via control of glycolysis in a manner analogous to that in yeast. Furthermore, embryolethal A. thaliana tps1 mutants are rescued by expression of E. coli TPS, but not by supply of trehalose, suggesting that T6P control over primary metabolism is indispensable for development.

Xylan, a hemicellulosic component of the plant cell wall, is one of the most abundant polysaccharides in nature. In contrast to dicots, xylan in grasses is extensively modified by α-(1,2)– and α-(1,3)–linked arabinofuranose. Despite the importance of grass arabinoxylan in human and animal nutrition and for bioenergy, the enzymes adding the arabinosyl substitutions are unknown. Here we demonstrate that knocking-down glycosyltransferase (GT) 61 expression in wheat endosperm strongly decreases α-(1,3)–linked arabinosyl substitution of xylan. Moreover, heterologous expression of wheat and rice GT61s in Arabidopsis leads to arabinosylation of the xylan, and therefore provides gain-of-function evidence for α-(1,3)-arabinosyltransferase activity. Thus, GT61 proteins play a key role in arabinoxylan biosynthesis and therefore in the evolutionary divergence of grass cell walls.

Abstract We aimed to develop an optimized approach to determine ploidy for dried leaf material in a germplasm collection of a tropical forage grass group, including approaches to collect, dry and preserve plant samples for flow cytometry analysis. Urochloa (including Brachiaria, Megathyrus and some Panicum ) tropical grasses are native to Africa and are now, after selection and breeding, planted worldwide, particularly in South America, as important forages with huge potential for further sustainable improvement and conservation of grasslands. The methods enable robust identification of ploidy levels (coefficient of variation, CV, typically <5%). Ploidy of some 353 forage grass accessions (ploidy range from 2 to 9), from international genetic resource collections, showing variation in basic chromosome numbers and reproduction modes (apomixis and sexual), were determined using our defined standard protocol. Two major Urochloa agamic complexes used in the current breeding programs at CIAT and EMBRAPA: the ‘ brizantha ’ and ‘ humidicola ’ agamic complexes are variable, with multiple ploidy levels and DNA content. U. brizantha has odd level of ploidy ( x =5), and the relative differences in nuclear DNA content between adjacent cytotypes is reduced, thus more precise examination of this species is required. Ploidy measurement of U. humidicola revealed some aneuploidy.

Abstract Increasing dietary fibre (DF) intake is an important target to improve health and an attractive strategy for this is to increase the fibre content of staple foods, particularly white bread which is the staple food in many countries. DF in wheat white flour is derived principally from the endosperm cell wall polysaccharide arabinoxylan (AX) and the water-extractable form of this (WE-AX) accounts for the majority of soluble dietary fibre (SDF), which is believed to confer particular health benefits. We previously identified QTLs for soluble dietary fibre (SDF) on 1B and 6B chromosomes in wheat in biparental populations. Here we show that the 6B high SDF allele encodes a peroxidase protein (PER1-v) with a single missense compared to the more common low SDF form (PER1). Wheat lines with the natural PER1-v allele and with an induced knock-out mutation in PER1 showed similar characteristics of reduced dimerization of ferulate associated with water-extractable WE-AX. Decreased ferulate dimerization is associated with decreased cross-linking of the WE-AX chains and increased solubility of AX. Transiently expressed PER1_RFP fusion driven by native promoter in wheat endosperm was shown to localise to cell walls whereas PER1-v_RFP did not; we therefore propose that PER1-v lacks capacity to dimerise AX ferulate in vivo due to mis-localisation. PER1 is the first peroxidase reported to be responsible for oxidative coupling of ferulate on AX, a key process in all grass cell walls. Understanding its role and the effect of variants on AX properties offers a route to control the properties of wheat DF in the human diet.

Dietary fibre (DF) has multiple health benefits, and wheat products are major sources of DF for human health. However, DF is depleted in white flour, which is most widely consumed, compared to wholegrain. The major type of DF in white wheat flour is the cell wall polysaccharide arabinoxylan (AX). Previous studies have identified the Chinese wheat cultivar Yumai 34 as having unusually high contents of AX in both water-soluble and insoluble forms. We have therefore used populations generated from crosses between Yumai 34 and four other wheat cultivars, three with average contents of AX (Ukrainka, Altigo and Claire) and one also having unusually high AX (Valoris), in order to map QTLs for soluble AX (determined as relative viscosity) of aqueous extracts of wholemeal flours) and total AX (determined by enzyme fingerprinting of white flour). A number of QTL were mapped, but most were only detected in one or two crosses. However, all four crosses showed strong QTLs for high RV/total AX on chromosome 1B, with Yumai 34 being the increasing parent, and a KASP marker for the high AX Yumai 34 allele was validated by analysis of high AX lines derived from Yumai 34 but selected by biochemical analysis. A QTL for RV was mapped on chromosome 6B in Yumai 34 x Valoris, with Valoris being the increasing allele, which was consistent with the observation of transgressive segregation for this trait. The data indicate that breeding can be used to develop wheat with high AX fibre in white flour.