Abstract SM-like (LSM) proteins are highly conserved among eukaryotes. By promoting alternative splicing and modulating RNA levels, LSM proteins are key regulators of plant development and response to environmental signals. Here, we report that Arabidopsis LSM7 is essential for embryogenesis, and that downregulation of LSM7 results in temperature-dependent developmental defects. Performing a comprehensive transcriptome analysis, we observed that LSM7 modulates flowering, stress-responsive and auxin-related gene expression. Auxin metabolic profiling correlates with our transcriptome analyses and indicates a role of LSM7 in auxin homeostasis and signalling. We propose that LSM7 splicing activity is essential for plant acclimation and survival at different ambient temperatures and that alterations in auxin content are causally linked to the phenotypic defects in the mutant. This study highlights the essential role of LSM proteins in plant development and provides new insights into the molecular and metabolomic aspects underlying plant temperature acclimation.

Plant growth and development are regulated by many factors, including carbohydrate availability and signaling. Trehalose 6-phosphate (T6P), which is synthesized by TREHALOSE-6-PHOSPHATE SYNTHASE 1 (TPS1), is positively correlated with and functions as a signal that informs the cell about the carbohydrate status. Mutations in TPS1 negatively affect the growth and development of Arabidopsis thaliana and complete loss-of-function alleles are embryo lethal, which can be overcome using inducible expression of TPS1 (GVG::TPS1) during embryogenesis. Using EMS mutagenesis in combination with genome re-sequencing we have identified several alleles in the floral regulator HUA2 that restore flowering and embryogenesis in tps1-2 GVG::TPS1. Genetic analyses using a HUA2 T-DNA insertion allele, hua2-4, confirmed this finding. RNA-seq analyses demonstrated that hua2-4 has widespread effects on the tps1-2 GVG::TPS1 transcriptome, including key genes and pathways involved in regulating flowering. Higher order mutants combining tps1-2 GVG::TPS1 and hua2-4 with alleles in the key flowering time regulators FLOWERING LOCUS T (FT), SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1 (SOC1), and FLOWERING LOCUS C (FLC) were constructed to analyze the role of HUA2 during floral transition in tps1-2 in more detail. Taken together, our findings demonstrate that loss of HUA2 can restore flowering and embryogenesis in tps1-2 GVG::TPS1 in part through activation of FT, with contributions of the upstream regulators SOC1 and FLC. Interestingly, we found that mutation of FLC is sufficient to induce flowering in tps1-2 GVG::TPS1. Furthermore, we observed that mutations in HUA2 modulate carbohydrate signaling and that this regulation might contribute to flowering in hua2-4 tps1-2 GVG::TPS1.

The timing of flowering in plants is modulated by both carbon (C) and nitrogen (N) signaling pathways. In a previous study, we established a pivotal role of the sucrose-signaling trehalose 6-phosphate pathway in regulating flowering under N-limited short-day conditions. In this work, we expand on our finding that wild-type plants grown under N-limited short days require an active trehalose 6-phosphate pathway to be able to flower. Both wild-type plants grown under N-limited conditions and knock-down plants of TREHALOSE PHOSPHATE SYNTHASE1 induce FLOWERING LOCUS C expression, a well-known floral repressor associated with the vernalization response. When exposed to an extended period of cold, a mutant of FLOWERING LOCUS C fails to respond to N availability, and flowers at the same time under N-limited and full-nutrition conditions. Our data suggest that SUCROSE NON-FERMENTING 1 RELATED KINASE 1-dependent trehalose 6-phosphate-mediated C signaling and a novel mechanism downstream of N signaling likely involving NIN-LIKE PROTEIN 7 impact the expression of FLOWERING LOCUS C. Collectively, our data underscore the existence of a multi-factor regulatory system in which both C and N signaling pathways jointly govern the regulation of flowering in plants.

Abstract Genes involved in disease resistance are some of the fastest evolving and most diverse components of genomes. Large numbers of n ucleotide-binding, l eucine-rich repeat r eceptor (NLR) genes are found in plant genomes and are required for disease resistance. However, NLRs can trigger autoimmunity, disrupt beneficial microbiota or reduce fitness. It is therefore crucial to understand how NLRs are controlled. Here we show that the RNA-binding protein FPA mediates widespread premature cleavage and polyadenylation of NLR transcripts, thereby controlling their functional expression and impacting immunity. Using long-read Nanopore direct RNA sequencing, we resolved the complexity of NLR transcript processing and gene annotation. Our results uncover a co-transcriptional layer of NLR control with implications for understanding the regulatory and evolutionary dynamics of NLRs in the immune responses of plants.

Abstract Transcription of antisense long noncoding RNAs (lncRNAs) occurs pervasively across eukaryotic genomes. Only a few antisense lncRNAs have been characterized and shown to control biological processes, albeit with idiosyncratic regulatory mechanisms. Thus, we largely lack knowledge about the general role of antisense transcription in eukaryotic organisms. Here, we characterized genes with antisense transcription initiating close to the poly(A) signal of genes (PAS genes) in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). We compared plant native elongation transcript sequencing (plaNET-seq) with RNA sequencing during short-term cold exposure and detected massive differences between the response in active transcription and steady-state levels of PAS gene-derived mRNAs. The cold-induced expression of transcription factors B-BOX DOMAIN PROTEIN28 (BBX28) and C2H2-TYPE ZINC FINGER FAMILY PROTEIN5 (ZAT5) was detected by plaNET-seq, while their steady-state level was only slightly altered due to high mRNA turnover. Knockdown of BBX28 and ZAT5 or of their respective antisense transcripts severely compromised plant freezing tolerance. Decreased antisense transcript expression levels resulted in a reduced cold response of BBX28 and ZAT5, revealing a positive regulatory role of both antisense transcripts. This study expands the known repertoire of noncoding transcripts. It highlights that native transcription approaches can complement steady-state RNA techniques to identify biologically relevant players in stress responses.

Abstract The timing of flowering in plants is modulated by both carbon (C) and nitrogen (N) signaling pathways. In a previous study, we established a pivotal role of the sucrose-signaling trehalose 6-phosphate pathway in regulating flowering under N-limited short-day conditions. In this work, we show that both wild-type Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) plants grown under N-limited conditions and knock-down plants of TREHALOSE PHOSPHATE SYNTHASE 1 induce FLOWERING LOCUS C (FLC) expression, a well-known floral repressor associated with vernalization. When exposed to an extended period of cold, a flc mutant fails to respond to N availability and flowers at the same time under N-limited and full-nutrition conditions. Our data suggest that SUCROSE NON-FERMENTING 1 RELATED KINASE 1-dependent trehalose 6-phosphate-mediated C signaling and a mechanism downstream of N signaling (likely involving NIN-LIKE PROTEIN 7) impact the expression of FLC. Collectively, our data underscore the existence of a multi-factor regulatory system in which the C and N signaling pathways jointly govern the regulation of flowering in plants.