Abstract Targeted protein degradation is essential for physiological development and adaptation to stress. Mammalian INOSITOL PENTAKISPHOSPHATE 2-KINASE (IP5K) and INOSITOL HEXAKISPHOSPHATE KINASE 1 (IP6K1) pair generates inositol polyphosphates (InsPs) to modulate association/dissociation equilibrium of Cullin RING Ubiquitin E3 ligases (CRLs) on the COP9 signalosome (CSN) platform. Deneddylase activity of the CSN5 subunit protects cullins from self-ubiquitination ensuring their functional continuity. In plants, similar regulations by InsP-kinases are not known. Here, we show conserved interactions of Arabidopsis thaliana INOSITOL PENTAKISPHOSPHATE 2-KINASE 1 (IPK1) and INOSITOL 1,3,4-TRISPHOSPHATE 5/6-KINASE 1 (ITPK1), counterparts of the above mammalian InsP-kinase pair, with selective CSN subunits. In ipk1 or itpk1 mutants, deneddylation deficiencies not only cause increased neddylated Cullin1 (CUL1 Nedd8 ) pools more prone to degradation but also impair CSN5 entry/exit shuttles on the CSN holo-complex. Constitutive phosphate-starvation response (PSR), previously known for these mutants are suppressed by pharmacological inhibition of neddylation thus linking CSN-CRL functions to phosphate (Pi)-sensing. Similarly, in wild-type plants exposed to compounds that impair CSN5 deneddylase function affects its dynamics and mimic PSR properties of the mutants. We further show that under Pi-deprivation more CSN5 retentions on the CSN holo-complex and the resulting enhanced CUL1 Nedd8 pools is essential for induction of downstream Pi-starvation inducible (PSI) genes. Overall, with our data we present InsP-kinase involvements in maintenance of Pi-homeostasis in plants via CRL-CSN(5) functional synergism. Significance Neddylation modifications on Culling-RING E3 ligases (CRLs) while essential for their role in proteostasis, also threaten their own stability. Selective inositol polyphosphates (InsPs) aid the constitutive photomorphogenesis 9 signalosome (CSN) functions in protecting, deneddylating, and facilitating CRL recycling. Here we demonstrate that plant mutants deficient in these InsPs have disturbed CSN subunit partitioning, are deficient in deneddylase activity, and hyperaccumulate neddylated cullins that lead to constitutive phosphate-starvation response (PSR). Inhibition of CSN functions/consequences mirror the InsP mutant properties indicating pivotal involvement of CSN in phosphate homeostasis. These raises promising possibilities of targeted intervention on CSN functions for nutritional benefit of plants.

Abstract Reversible covalent attachment of SMALL UBIQUITIN-LIKE MODIFIERS (SUMOs) on target proteins regulate diverse cellular process across all eukaryotes. In Arabidopsis thaliana , most mutants with perturbed global SUMOylome display severe impairments in growth and adaptations to physiological stresses. Since SUMOs self-regulate activities of SUMOylation-associated proteins, existence of multiple isoforms introduces possibilities of their functional intersections which remain unexplored especially in plant systems. Using well-established defense responses elicited against virulent and avirulent Pseudomonas syringae pv. tomato strains, we investigated crosstalks in individual and combinatorial Arabidopsis sum mutants. Here we report that while SUM1 and SUM2 additively, but not equivalently suppress basal and TNL-specific immunity via down-regulation of salicylic acid (SA)-dependent responses, SUM3 promotes these defenses genetically downstream of SA. Remarkably, the expression of SUM3 is transcriptionally suppressed by SUMO1 or SUMO2. The loss of SUM3 not only lowers basal or post-bacterial challenge responsive enhancements of SUMO1/2-congugates but also reduces upregulation dynamics of defensive proteins and SUMOylation-associated transcripts. Combining a sum3 mutation partially attenuates heightened immunity of sum1 or sum2 mutants suggesting intricate functional impingements among these isoforms in optimizing immune amplitudes. Similar SUM1 - SUM3 intersections also affect global SUMOylome responses to heat-shock affecting most notably the induction of selective heat-shock transcription factors. Overall, our investigations reveal novel insights into auto-regulatory mechanisms among SUMO isoforms in host SUMOylome maintenance and adjustments to environmental challenges. Author Summary In plants, similar to animals, protein functions are regulated at multiple levels. One prevalent mode is to allow covalent linkage of small proteins to specific amino acids on targets thereby affecting its fate and function. One such kind of modification named as SUMOylation involves attachment of SUMO proteins. A plant maintains strict control over its pool of SUMOylated proteins (termed SUMOylome) which upon biotic or abiotic stresses are altered to facilitate appropriate responses, returning back to steady-state when the threat subsides. In mutants of the model plant Arabidopsis thaliana having disturbed steady-state SUMOylome, growth and developmental defects ensue. These mutants are auto-immune showing more resistance to infection by the bacterial pathogen Pseudomonas syringae . However, Arabidopsis SUMO-family are comprised of multiple members raising the question about their specificity or functional crosstalks. We discovered that two SUMO members function in coordination to suppress immunity including the repression of a third member which supports defenses. The expression of this third member during pathogen attack or heat-shock influences the responsive changes in the host SUMOylome likely suggesting SUMOs themselves play vital role in these adaptations. Overall, our work highlights novel intersections of SUMO members in mounting stress-specific responses.

Abstract The propensity for polyphosphorylation makes myo -inositol derivatives, the inositol polyphosphates (InsPs), especially phytic acid or inositol hexakisphosphate (InsP 6 ) the major form of phosphate storage in plants. Acts of pyrophosphorylation on InsP 6 generates InsP 7 or InsP 8 containing high-energy phosphoanhydride bonds that are harnessed during energy requirements of a cell. Also implicated as co-factors for several phytohormone signaling networks, InsP 7 /InsP 8 modulate key developmental processes. With recent identification as the common moeity for transducing both jasmonic acid (JA) and phosphate-starvation responses (PSR), InsP 8 is the classic example of a metabolite that may moonlight crosstalks to different cellular pathways during diverse stress adaptations. We show here that Arabidopsis thaliana INOSITOL PENTAKISPHOSPHATE 2-KINASE (IPK1), INOSITOL 1,3,4-TRISPHOSPHATE 5/6-KINASE 1 (ITPK1), and DIPHOSPHOINOSITOL PENTAKISPHOSPHATE KINASE 2 (VIH2), but not other InsP-kinases, suppress basal salicylic acid (SA)-dependent immunity. In ipk1, itpk1 or vih2 mutants, elevated endogenous SA levels and constitutive activation of defense signaling lead to enhanced resistance against the virulent Pseudomonas syringae pv tomato DC3000 ( PstDC300 0) strain. Our data reveal that activated SA-signaling sectors in these mutants modulate expression amplitudes of phosphate-starvation inducible (PSI)-genes, reported earlier. In turn, via mutualism the heightened basal defenses in these mutants require upregulated PSI-gene expressions likely highlighting the increased demand of phosphates required to support immunity. We demonstrate that SA is induced in phosphate-deprived plants, however its defense-promoting functions are likely diverted to PSR-supportive roles. Overall, our investigations reveal selective InsPs as crosstalk mediators among diverse signaling networks programming stress-appropriate adaptations.

Summary Ustilago maydis is a biotrophic pathogen causing smut disease in maize. It secretes a cocktail of effector proteins, which target different host proteins during its biotrophic stages in the host plant. One such class of proteins we identified previously is TOPLESS (TPL) and TOPLESS‐RELATED (TPR) transcriptional corepressors. Here, we screened 297 U. maydis effector candidates for their ability to interact with maize TPL protein RAMOSA 1 ENHANCER LOCUS 2 LIKE 2 (RELK2) and their ability to induce auxin signaling and thereby identified three novel TPL‐interacting protein effectors (Tip6, Tip7, and Tip8). Structural modeling and mutational analysis allowed the identification of TPL‐interaction motifs of Tip6 and Tip7. In planta interaction between Tip6 and Tip7 with RELK2 occurs mainly in nuclear compartments, whereas Tip8 colocalizes with RELK2 in a compartment outside the nucleus. Overexpression of Tip8 in nonhost plants leads to cell death, indicating recognition of the effector or its activity. By performing infection assays with single and multideletion mutants of U. maydis , we demonstrate a positive role of Tip6 and Tip7 in U. maydis virulence. Transcriptional profiling of maize leaves infected with Tip effector mutants in comparison with SG200 strain suggests Tip effector activities are not merely redundant.

Summary Ustilago maydis is a biotrophic pathogen causing smut disease in maize. It secretes a cocktail of effector proteins during its biotrophic stages in the host plant, which target different host proteins. One such class of proteins we identified previously is TOPLESS (TPL) and TOPLESS RELATED (TPR) transcriptional corepressors. Here we screen 297 U. maydis effector candidates for their ability to interact with maize TPL protein RAMOSA 1 ENHANCER LOCUS 2 Like 2 (RELK2) and their ability to induce auxin signaling and thereby identified three novel TPL /TPR interacting effector proteins (Tip6, Tip7 and Tip8). Two of them, Tip6 and Tip7 contain a classical ethylene-responsive element binding factor-associated amphiphilic repression (EAR) motif and interact with maize TPL protein RELK2 in nuclear compartments, whereas Tip8 lacks known TPL interaction motifs and its overexpression in non-host plant leads to cell death indicating recognition of the effector. By using structural modeling, we show an interaction of Tip6 and Tip7 with the previously crystallized EAR motif binding domain of RELK2. Furthermore, by infection assays with an octuple deletion mutant of U. maydis , we demonstrate a role of Tips in U. maydis virulence. Our findings suggest the TOPLESS class of corepressors as a major hub of U. maydis effector proteins.