The rpf gene cluster of Xanthomonas campestris pathovar campestris ( Xcc ) is required for the pathogenesis of this bacterium to plants. Several rpf genes are involved in the coordinate positive regulation of the production of virulence factors mediated by the small diffusible molecule DSF (for diffusible signal factor). RpfF directs the synthesis of DSF, and a two-component sensory transduction system comprising RpfC and RpfG has been implicated in the perception of the DSF signal and signal transduction. In L medium, rpfF , rpfG, rpfC , and rpfGHC mutants grew as matrix-enclosed aggregates, whereas the wild type grew in a dispersed planktonic fashion. Synthesis of the extracellular polysaccharide xanthan was required for aggregate formation. Addition of DSF triggered dispersion of the aggregates formed by the rpfF strain, but not those of rpf strains defective in DSF signal transduction. An extracellular enzyme from Xcc whose synthesis was positively controlled by the DSF/ rpf system could disperse the aggregates produced by all rpf strains. The enzyme was identified as the single endo-β-1,4-mannanase encoded by the Xcc genome. This enzyme had no detectable activity against soluble xanthan. The endo-β-1,4-mannanase was required for the full virulence of Xcc to plants. On the basis of this model system, we propose that one role of the β-mannanase during disease is to promote transitions from an aggregated or biofilm lifestyle to a planktonic lifestyle in response to the DSF signal.

Abstract We investigated the role of the oilbody proteins in developing and germinating Arabidopsis thaliana seeds. Seed oilbodies are simple organelles comprising a matrix of triacylglycerol surrounded by a phospholipid monolayer embedded and covered with unique proteins called oleosins. Indirect observations have suggested that oleosins maintain oilbodies as small single units preventing their coalescence during seed desiccation. To understand the role of oleosins during seed development or germination, we created lines of Arabidopsis in which a major oleosin is ablated or severely attenuated. This was achieved using RNA interference techniques and through the use of a T-DNA insertional event, which appears to interrupt the major (18 kD) seed oleosin gene of Arabidopsis and results in ablation of expression. Oleosin suppression resulted in an aberrant phenotype of embryo cells that contain unusually large oilbodies that are not normally observed in seeds. Changes in the size of oilbodies caused disruption of storage organelles, altering accumulation of lipids and proteins and causing delay in germination. The aberrant phenotypes were reversed by reintroducing a recombinant oleosin. Based on this direct evidence, we have shown that oleosins are important proteins in seed tissue for controlling oilbody structure and lipid accumulation.

The entry of carbon from sucrose into cellular metabolism in plants can potentially be catalyzed by either sucrose synthase (SUS) or invertase (INV). These 2 routes have different implications for cellular metabolism in general and for the production of key metabolites, including the cell-wall precursor UDPglucose. To examine the importance of these 2 routes of sucrose catabolism in Arabidopsis thaliana (L.), we generated mutant plants that lack 4 of the 6 isoforms of SUS. These mutants ( sus1/sus2/sus3/sus4 mutants) lack SUS activity in all cell types except the phloem. Surprisingly, the mutant plants are normal with respect to starch and sugar content, seed weight and lipid content, cellulose content, and cell-wall structure. Plants lacking the remaining 2 isoforms of SUS ( sus5/sus6 mutants), which are expressed specifically in the phloem, have reduced amounts of callose in the sieve plates of the sieve elements. To discover whether sucrose catabolism in Arabidopsis requires INVs rather than SUSs, we further generated plants deficient in 2 closely related isoforms of neutral INV predicted to be the main cytosolic forms in the root ( cinv1/cinv2 mutants). The mutant plants have severely reduced growth rates. We discuss the implications of these findings for our understanding of carbon supply to the nonphotosynthetic cells of plants.

Abstract Plasmodesmata (Pds) traverse the cell wall to establish a symplastic continuum through most of the plant. Rapid and reversible deposition of callose in the cell wall surrounding the Pd apertures is proposed to provide a regulatory process through physical constriction of the symplastic channel. We identified members within a larger family of X8 domain–containing proteins that targeted to Pds. This subgroup of proteins contains signal sequences for a glycosylphosphatidylinositol linkage to the extracellular face of the plasma membrane. We focused our attention on three closely related members of this family, two of which specifically bind to 1,3-β-glucans (callose) in vitro. We named this family of proteins Pd callose binding proteins (PDCBs). Yellow fluorescent protein-PDCB1 was found to localize to the neck region of Pds with potential to provide a structural anchor between the plasma membrane component of Pds and the cell wall. PDCB1, PDCB2, and PDCB3 had overlapping and widespread patterns of expression, but neither single nor combined insertional mutants for PDCB2 and PDCB3 showed any visible phenotype. However, increased expression of PDCB1 led to an increase in callose accumulation and a reduction of green fluorescent protein (GFP) movement in a GFP diffusion assay, identifying a potential association between PDCB-mediated callose deposition and plant cell-to-cell communication.

Calcium signals the making of symbiosis Plant cell nuclei respond to signals from symbiotic nitrogenfixing rhizobial bacteria or arbuscular mycorrhizal fungi with oscillating Ca 2+ release. Charpentier et al. identified a trio of responsible Ca 2+ channels in a legume. These channels contain nuclear localization signals and are expressed in root cell nuclear envelopes. The channels function early in the establishment of symbiosis to produce oscillations in Ca 2+ release from nuclear stores. Science , this issue p. 1102

Abstract Phytoplasmas are insect-transmitted bacterial plant pathogens that cause considerable damage to a diverse range of agricultural crops globally. Symptoms induced in infected plants suggest that these phytopathogens may modulate developmental processes within the plant host. We report herein that Aster Yellows phytoplasma strain Witches’ Broom (AY-WB) readily infects the model plant Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) ecotype Columbia, inducing symptoms that are characteristic of phytoplasma infection, such as the production of green leaf-like flowers (virescence and phyllody) and increased formation of stems and branches (witches’ broom). We found that the majority of genes encoding secreted AY-WB proteins (SAPs), which are candidate effector proteins, are expressed in Arabidopsis and the AY-WB insect vector Macrosteles quadrilineatus (Hemiptera; Cicadellidae). To identify which of these effector proteins induce symptoms of phyllody and virescence, we individually expressed the effector genes in Arabidopsis. From this screen, we have identified a novel AY-WB effector protein, SAP54, that alters floral development, resulting in the production of leaf-like flowers that are similar to those produced by plants infected with this phytoplasma. This study offers novel insight into the effector profile of an insect-transmitted plant pathogen and reports to our knowledge the first example of a microbial pathogen effector protein that targets flower development in a host.

Plants use autophagy to safeguard against infectious diseases. However, how plant pathogens interfere with autophagy-related processes is unknown. Here, we show that PexRD54, an effector from the Irish potato famine pathogen Phytophthora infestans, binds host autophagy protein ATG8CL to stimulate autophagosome formation. PexRD54 depletes the autophagy cargo receptor Joka2 out of ATG8CL complexes and interferes with Joka2's positive effect on pathogen defense. Thus, a plant pathogen effector has evolved to antagonize a host autophagy cargo receptor to counteract host defenses.

The cyclic dinucleotide c-di-GMP is a signaling molecule with diverse functions in cellular physiology. Here, we report that c-di-GMP can assemble into a tetramer that mediates the effective dimerization of a transcription factor, BldD, which controls the progression of multicellular differentiation in sporulating actinomycete bacteria. BldD represses expression of sporulation genes during vegetative growth in a manner that depends on c-di-GMP-mediated dimerization. Structural and biochemical analyses show that tetrameric c-di-GMP links two subunits of BldD through their C-terminal domains, which are otherwise separated by ∼10 Å and thus cannot effect dimerization directly. Binding of the c-di-GMP tetramer by BldD is selective and requires a bipartite RXD-X8-RXXD signature. The findings indicate a unique mechanism of protein dimerization and the ability of nucleotide signaling molecules to assume alternative oligomeric states to effect different functions.

Abstract Herbivore selection of plant hosts and plant responses to insect colonization have been subjects of intense investigations. A growing body of evidence suggests that for successful colonization to occur, (effector/virulence) proteins in insect saliva must modulate plant defense responses to the benefit of the insect. A range of insect saliva proteins that modulate plant defense responses have been identified, but there is no direct evidence that these proteins are delivered into specific plant tissues and enter plant cells. Aphids and other sap-sucking insects of the order Hemiptera use their specialized mouthparts (stylets) to probe plant mesophyll cells, until they reach the phloem cells for long-term feeding. Here we show by immunogold-labeling of ultrathin sections of aphid feeding sites that an immuno-suppressive aphid effector localizes in the cytoplasm of mesophyll cells near aphid stylets, but not in cells further away from aphid feeding sites. In contrast, another aphid effector protein localizes in the sheaths composed of gelling saliva that surround the aphid stylets. Thus, insects deliver effectors directly into plant tissue. Moreover, different aphid effectors locate extracellularly in the sheath saliva or are introduced into the cytoplasm of plant cells.