Abstract Remorins are a family of multigenic phosphoproteins of the plasma membrane, involved in biotic and abiotic plant interaction mechanisms, partnering in molecular signaling cascades. Signaling activity of remorins depends on their phosphorylation states and subsequent clustering into nano-sized membrane domains. The presence of a coiled-coil domain and a C-terminal domain is crucial to anchor remorins to negatively charged membrane domains, however the exact role of the N-terminal intrinsically disordered domain (IDD) on protein clustering and lipid interactions is largely unknown. Here we combine chemical biology and imaging approaches to study the partitioning of group 1 remorin into anionic model membranes mimicking the inner leaflet of the plant plasma membrane. Using reconstituted membranes containing a mix of saturated and unsaturated PhosphatidylCholine (PC), PhosphatidylInositol Phosphates (PIPs), and sterol, we investigate the clustering of remorins to the membrane and monitor the formation of nano-sized membrane domains. REM1.3 promoted membrane nanodomain organization on the exposed external leaflet of both spherical lipid vesicles and flat supported lipid bilayers. Our results reveal that REM1.3 drives a mechanism allowing lipid reorganization, leading to the formation of remorin-enriched nanodomains. Phosphorylation of the N-terminal IDD by the calcium protein kinase CPK3 influences this clustering and can lead to the formation of smaller and more disperse domains. Our work reveals the phosphate-dependent involvement of the N-terminal IDD in the remorin-membrane interaction process by driving structural rearrangements at lipid-water interfaces. Summary heading Using reconstituted membranes, we demonstrated the clustering of the plant protein remorins StREM1.3 to the lipid bilayer external leaflet and monitor the formation of nanodomains of the protein.

Abstract Plant growth and development are modulated by both biotic and abiotic stress. Increasing evidence suggests that cellular integration of the corresponding signals occurs within preformed hubs at the plasma membrane called nanodomains. These membrane sub-compartments are organized by multivalent molecular scaffold proteins, such as remorins. Here, we demonstrate that Group 1 remorins form a hetero-oligomeric complex at the plasma membrane. While these remorins are functionally redundant for some pathways their multivalency also allows the recruitment of specific interaction partners. One of them, the receptor-like kinase REMORIN-INTERACTING RECEPTOR 1 (RIR1), that acts redundantly with the closely related receptor NILR2, is specifically recruited by REM1.2 in a phosphorylation-dependent manner. Overlapping developmental phenotypes suggest that the REM/RIR complex regulates key developmental pathways.

ABSTRACT Plant viruses represent a risk to agricultural production and as only few treatments exist, it is urgent to identify resistance mechanisms and factors. In plant immunity, plasma membrane (PM)-localized proteins are playing an essential role in sensing the extracellular threat presented by bacteria, fungi or herbivores. Viruses being intracellular pathogens, the role of the plant PM in detection and resistance against viruses is often overlooked. We investigated the role of the partially PM-bound Calcium-dependent protein kinase 3 (CPK3) in viral infection and we discovered that it displayed a specific ability to hamper viral propagation over CPK isoforms that are involved in immune response to extracellular pathogens. More and more evidence support that the lateral organization of PM proteins and lipids underlies signal transduction in plants. We showed here that CPK3 diffusion in the PM is reduced upon activation as well as upon viral infection and that such immobilization depended on its substrate, Remorin (REM1.2), a scaffold protein. Furthermore, we discovered that the viral infection induced a CPK3-dependent increase of REM1.2 PM diffusion. Such interdependence was also observable regarding viral propagation. This study unveils a complex relationship between a kinase and its substrate that contrasts with the commonly described co-stabilisation upon activation while it proposes a PM-based mechanism involved in decreased sensitivity to viral infection in plants.

Plants respond to pathogens through dynamic regulation of plasma membrane-bound signaling pathways. To date, how the plant plasma membrane is involved in responses to viruses is mostly unknown. Here, we show that plant cells sense the Potato virus X (PVX) COAT PROTEIN and TRIPLE GENE BLOCK 1 proteins and subsequently trigger the activation of a membrane-bound calcium-dependent kinase. We show that the Arabidopsis thaliana CALCIUM-DEPENDENT PROTEIN KINASE 3-interacts with group 1 REMORINs in vivo, phosphorylates the intrinsically disordered N-terminal domain of the Group 1 REMORIN REM1.3, and restricts PVX cell-to-cell movement. REM1.3's phospho-status defines its plasma membrane nanodomain organization and is crucial for REM1.3-dependent restriction of PVX cell-to-cell movement by regulation of callose deposition at plasmodesmata. This study unveils plasma membrane nanodomain-associated molecular events underlying the plant immune response to viruses.

ABSTRACT The dynamic regulation of the plasma membrane (PM) organization at the nanoscale emerged as a key element shaping the outcome of host-microbe interactions. Protein organization into nanodomains (ND) is often assumed to be linked to the activation of cellular processes. In contrast, we have previously shown that the phosphorylation of the Solanum tuberosum REM1.3 (StREM1.3) N-terminal domain disperses its native ND organization and promotes its inhibitory effect on Potato Virus X (PVX) cell-to-cell movement. Here, we show that the phosphorylation of StREM1.3 modify the chemical environment of numerous residues in its intrinsically-disordered N-terminal domain. We leveraged exploratory screens to identify potential phosphorylation-dependent interactors of StREM1.3. Herewith, we uncovered uncharacterized regulators of PVX cell-to-cell movement, linking StREM1.3 to autophagy, water channels and the actin cytoskeleton. We show that the Solanum tuberosum actin depolymerizing factors 2 (StADF2) alters StREM1.3 NDs and limits PVX cell-to-cell movement in a REMORIN-dependent manner. Mutating a conserved single residue reported to affect ADFs affinity to actin inhibits StADF2 effect on StREM1.3 ND organization and PVX cell-to-cell movement. These observations provide functional links between the organization of plant PM and the actin cytoskeleton and suggests that the alteration of StREM1.3 ND organization promotes plant anti-viral responses. We envision that analogous PM re-organization applies for additional signaling pathways in plants and in other organisms.