Arbuscular mycorrhiza (AM) is a widespread symbiosis between roots of the majority of land plants and Glomeromycotina fungi. AM is important for ecosystem health and functioning as the fungi critically support plant performance by providing essential mineral nutrients, particularly the poorly accessible phosphate, in exchange for organic carbon. AM fungi colonize the inside of roots and this is promoted at low but inhibited at high plant phosphate status, while the mechanistic basis for this phosphate-dependence remained obscure. Here we demonstrate that a major transcriptional regulator of phosphate starvation responses in rice PHOSPHATE STARVATION RESPONSE 2 (PHR2) regulates AM. Root colonization of phr2 mutants is drastically reduced, and PHR2 is required for root colonization, mycorrhizal phosphate uptake, and yield increase in field soil. PHR2 promotes AM by targeting genes required for pre-contact signaling, root colonization, and AM function. Thus, this important symbiosis is directly wired to the PHR2-controlled plant phosphate starvation response.

Abstract Clonal propagation of plants by induction of adventitious roots (ARs) from stem cuttings is a requisite step in breeding programs. A major barrier exists for propagating valuable plants that naturally have low capacity to form ARs. Due to the central role of auxin in organogenesis, indole-3-butyric acid (IBA) is often used as part of commercial rooting mixtures, yet many recalcitrant plants do not form ARs in response to this treatment. Here, we describe the synthesis and screening of a focused library of synthetic auxin conjugates in Eucalyptus grandis cuttings and identify 4-chlorophenoxyacetic acid-L-tryptophan-OMe as a competent enhancer of adventitious rooting in a number of recalcitrant woody plants, including apple and argan. Comprehensive metabolic and functional analyses reveal that this activity is engendered by prolonged auxin signaling due to initial fast uptake and slow release and clearance of the free auxin 4-chlorophenoxyacetic acid. This work highlights the utility of a slow-release strategy for bioactive compounds for more effective plant growth regulation.

Abstract As the COVID-19 pandemic continues to pose a health risk concern to humans, despite a significant increase in vaccination rates, an effective prevention and treatment of SARS-CoV-2 infection is being sought worldwide. Herbal medicines have been used for years and played a tremendous role in several epidemics of respiratory viral infections. Thus, they are considered as a promising platform to combat SARS-CoV-2. Previously, we reported that common dandelion ( Taraxacum officinale ) leaf extract and its high molecular weight compounds strongly suppressed in vitro lung cell infection by SARS-CoV-2 Spike D614 and Delta variant pseudotyped lentivirus. We now here demonstrate that T. officinale extract protects against the most prominent Omicron variant using hACE2-TMPRSS2 overexpressing A549 cells as in vitro model system. Notably, compared to the original D614, and the Delta variant, we could confirm a higher efficacy. Short-term interval treatment of only 30 min was then sufficient to block the infection by 80% at 10 mg/mL extract. Further subfractionation of the extract identified compounds larger than 50 kDa as effective ACE2-Spike binding inhibitors. In summary, the evolution of SARS-CoV-2 virus to the highly transmissible Omicron variant did not lead to resistance, but rather increased sensitivity to the preventive effect of the extract.

Pea-protein-based ingredients are gaining attention in the food industry due to their nutritional benefits and versatility, but their bitter, astringent, green, and beany off-flavors pose challenges. This study applied fermentation using microbial cultures to enhance the sensory qualities of pea-protein-based beverages. Using UHPLC–TOF–MS analyses along with sensory profile comparisons, microbial species such as Limosilactobacillus fermentum, Lactococcus lactis, Lactobacillus johnsonii, Lacticaseibacillus rhamnosus, and Bifidobacterium longum were preselected from an entire culture collection and found to be effective in improving the overall flavor impression by reducing bitter off-notes and enhancing aroma profiles. Notably, L. johnsonii NCC533 and L. fermentum NCC660 exhibited controlled proteolytic activities after 48 h of fermentation, enriching the matrix with taste-active amino acids, nucleotides, and peptides and improving umami and salty flavors while mitigating bitterness. This study has extended traditional volatile analyses, including nonvolatile metabolomic, proteomic, and sensory analyses and offering a detailed view of fermentation-induced biotransformations in pea-protein-based food. The results highlight the importance of combining comprehensive screening approaches and sensoproteomic techniques in developing tastier and more palatable plant-based protein products.

Abstract Plants employ a multi-layered innate immune system to detect and fend off invading fungal pathogens. In one such layer, recognition of Pathogen- or Microbe-Associated Molecular Patterns or elicitors, triggers a signaling cascade that leads to defence against the pathogen and ultimately Pattern-Triggered Immunity (PTI). Secondary Metabolites (SMs) are expected to play an important role in this kind of resistance, because they are potentially mycotoxic compounds. Tomato plants inoculated with Alternaria solani show clear symptoms of infection 5 days after inoculation. Whereas plants inoculated with Alternaria alternata remain symptomless. We hypothesized that pattern-triggered induction of resistance-related metabolites in Solanum lycopersicum contribute to the resistance against A. alternata , yet such SMs are suppressed in a compatible interaction. We compared the metabolomic profile (metabolome) of S. lycopersicum at two time points (3 and 24 hours) after treatments with A. alternata, A. solani and the fungal elicitor chitin and identified SMs that are involved in the early defence response of tomato plants. Our study revealed differential metabolome fingerprints and shows that the molecular composition of A. alternata and chitin-induced indeed show larger overlap with each other than with the A. solani- induced metabolome. We identify 65 candidate metabolites possibly associated with pattern-triggered resistance in tomato plants, including the alkaloid, trigonelline, for which we can confirm that it inhibits fungal growth in vitro when supplied at physiological concentrations. Our findings show that a true, pattern-triggered, chemical defence is mounted against A. alternata and that it contains mycotoxin compounds previously unidentified in tomato, that could be interesting for future crop protection strategies.

This study investigated the mechanism underlying the flavor improvement observed during fermentation of a pea protein-based beverage using Lactobacillus johnsonii NCC533. A combination of sensomics and sensoproteomics approach revealed that the fermentation process enriched or generated well-known basic taste ingredients, such as amino acids, nucleotides, organic acids, and dipeptides, besides six new taste-active peptide sequences that enhance kokumi and umami notes. The six new umami and kokumi enhancing peptides, with human recognition thresholds ranging from 0.046 to 0.555 mM, are produced through the degradation of Pisum sativum's storage protein. Our findings suggest that compounds derived from fermentation enhance umami and kokumi sensations and reduce bitterness, thus improving the overall flavor perception of pea proteins. In addition, the analysis of intraspecific variations in the proteolytic activity of L. johnsonii and the genome–peptidome correlation analysis performed in this study point at cell-wall-bound proteinases such as PrtP and PrtM as the key genes necessary to initiate the flavor improving proteolytic cascade. This study provides valuable insights into the molecular mechanisms underlying the flavor improvement of pea protein during fermentation and identifies potential future research directions. The results highlight the importance of combining fermentation and senso(proteo)mics techniques in developing tastier and more palatable plant-based protein products.

Abstract Plant innate immunity is activated upon perception of invasion pattern molecules by plant cell-surface immune receptors. Several bacteria of the genera Pseudomonas and Burkholderia produce rhamnolipids (RLs) from L- rhamnose and ( R )-3-hydroxyalkanoate precursors (HAAs). RL and HAA secretion is required to modulate bacterial surface motility, biofilm development, and thus successful colonization of hosts. Here, we show that the lipidic secretome from the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa mostly comprising RLs and HAAs stimulates Arabidopsis immunity. We demonstrate that HAAs are sensed by the bulb-type lectin receptor kinase LIPOOLIGOSACCHARIDE-SPECIFIC REDUCED ELICITATION/S-DOMAIN-1-29 (LORE/SD1-29) that also mediates medium-chain 3-hydroxy fatty acid (mc-3-OH-FA) perception in the plant Arabidopsis thaliana . HAA sensing induces canonical immune signaling and local resistance to plant pathogenic Pseudomonas infection. By contrast, RLs trigger an atypical immune response and resistance to Pseudomonas infection independent of LORE. Thus, the glycosyl moieties of RLs, albeit abolishing sensing by LORE, do not impair their ability to trigger plant defense. In addition, our results show that RL-triggered immune response is affected by the sphingolipid composition of the plasma membrane. In conclusion, RLs and their precursors released by bacteria can both be perceived by plants but through distinct mechanisms. Significance Activation of plant innate immunity relies on the perception of microorganisms through self and nonself elicitors. Rhamnolipids and their precursor HAAs are exoproducts produced by beneficial and pathogenic bacteria. They are involved in bacterial surface dissemination and biofilm development. As these compounds are released in the extracellular milieu, they have the potential to be perceived by the plant immune system. Our work shows that both compounds independently activate plant immunity. We demonstrate that HAAs are perceived by the receptor protein kinase LORE. By contrast, rhamnolipids are not senses by LORE but activate a non-canonical immune response affected by the sphingolipid composition of the plant plasma membrane. Thus, plants are able to sense bacterial molecules as well as their direct precursors to trigger a distinct immune response.

Abstract On 11th March 2020, coronavirus disease 2019 (COVID-19), caused by the SARS-CoV-2 virus, was declared as a global pandemic by the World Health Organization (WHO). To date, there are rapidly spreading new “variants of concern” of SARS-CoV-2, the United Kingdom (B.1.1.7), the South African (B.1.351) or Brasilian (P.1) variant. All of them contain multiple mutations in the ACE2 receptor recognition site of the spike protein, compared to the original Wuhan sequence, which is of great concern, because of their potential for immune escape. Here we report on the efficacy of common dandelion ( Taraxacum officinale ) to block protein-protein interaction of spike S1 to the human ACE2 cell surface receptor. This could be shown for the original spike D614, but also for its mutant forms (D614G, N501Y, and mix of K417N, E484K, N501Y) in human HEK293-hACE2 kidney and A549-hACE2-TMPRSS2 lung cells. High molecular weight compounds in the water-based extract account for this effect. Infection of the lung cells using SARS-CoV-2 spike pseudotyped lentivirus particles was efficiently prevented by the extract and so was virus-triggered pro-inflammatory interleukin 6 secretion. Modern herbal monographs consider the usage of this medicinal plant as safe. Thus, the in vitro results reported here should encourage further research on the clinical relevance and applicability of the extract as prevention strategy for SARS-CoV-2 infection. Significance statement SARS-CoV-2 is steadily mutating during continuous transmission among humans. This might eventually lead the virus into evading existing therapeutic and prophylactic approaches aimed at the viral spike. We found effective inhibition of protein-protein interaction between the human virus cell entry receptor ACE2 and SARS-CoV-2 spike, including five relevant mutations, by water-based common dandelion ( Taraxacum officinale ) extracts. This was shown in vitro using human kidney (HEK293) and lung (A549) cells, overexpressing the ACE2 and ACE2/TMPRSS2 protein, respectively. Infection of the lung cells using SARS-CoV-2 pseudotyped lentivirus was efficiently prevented by the extract. The results deserve more in-depth analysis of dandelions’ effectiveness in SARS-CoV-2 prevention and now require confirmatory clinical evidence.

Abstract Diterpenoids form a diverse group of natural products, many of which are or could become pharmaceuticals or industrial chemicals. However, low concentration, presence in complex mixtures and challenging synthesis often limit their exploitation. The modular character of diterpene biosynthesis and the substrate flexibility of the enzymes involved make combinatorial biosynthesis a promising approach. Here, we report on the assembly in yeast of 130 diterpenoids by pairwise combinations of ten diterpene synthases producing (+)-copalyl diphosphate-derived backbones and four cytochrome P450 enzymes (CYPs); 80 of these diterpenoids have not yet been reported. The CYPs accepted the majority of substrates they were given but remained regioselective. Our results bode well for the systematic exploration of diterpenoid chemical space using combinatorial assembly in yeast.

Abstract Natural plant populations are polymorphic and show intraspecific variation in resistance properties against pathogens. The activation of the underlying defence responses can depend on variation in perception of pathogen-associated molecular patterns or elicitors. To dissect such variation, we evaluated the responses induced by laminarin, (a glucan, representing an elicitor from oomycetes) in the wild tomato species Solanum chilense and correlated this to observed infection frequencies of Phytophthora infestans . We measured reactive oxygen species burst and levels of diverse phytohormones upon elicitation in 83 plants originating from nine populations. We found high diversity in basal and elicitor-induced levels of each component. Further we generated linear models to explain the observed infection frequency of P. infestans . The effect of individual components differed dependent on the geographical origin of the plants. We found that the resistance in the southern coastal region, but not in the other regions is directly correlated to ethylene responses and confirmed this positive correlation using ethylene inhibition assays. Our findings reveal high diversity in the strength of defence responses within a species and the involvement of different components with a quantitatively different contribution of individual components to resistance in geographically separated populations of a wild plant species. Highlight Large-scale screenings reveal geographically distinct intraspecific differences in the dominant physiological pathogen defence responses upon glucan elicitor treatment in a wild tomato species.