Abscisic acid (ABA) signaling plays a critical role in regulating root growth and root system architecture. ABA-mediated growth promotion and root tropic response under water stress are key responses for plant survival under limiting water conditions. In this work, we have explored the role of Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) PYRABACTIN RESISTANCE1 (PYR1)/PYR1-LIKE (PYL)/REGULATORY COMPONENTS OF ABA RECEPTORS for root ABA signaling. As a result, we discovered that PYL8 plays a nonredundant role for the regulation of root ABA sensitivity. Unexpectedly, given the multigenic nature and partial functional redundancy observed in the PYR/PYL family, the single pyl8 mutant showed reduced sensitivity to ABA-mediated root growth inhibition. This effect was due to the lack of PYL8-mediated inhibition of several clade A phosphatases type 2C (PP2Cs), since PYL8 interacted in vivo with at least five PP2Cs, namely HYPERSENSITIVE TO ABA1 (HAB1), HAB2, ABA-INSENSITIVE1 (ABI1), ABI2, and PP2CA/ABA-HYPERSENSITIVE GERMINATION3 as revealed by tandem affinity purification and mass spectrometry proteomic approaches. We also discovered that PYR/PYL receptors and clade A PP2Cs are crucial for the hydrotropic response that takes place to guide root growth far from regions with low water potential. Thus, an ABA-hypersensitive pp2c quadruple mutant showed enhanced hydrotropism, whereas an ABA-insensitive sextuple pyr/pyl mutant showed reduced hydrotropic response, indicating that ABA-dependent inhibition of PP2Cs by PYR/PYLs is required for the proper perception of a moisture gradient.

Abstract The chromosomal passenger complex (CPC) is a heterotetrameric regulator of eukaryotic cell division, consisting of an Aurora-type kinase and a scaffold built of INCENP, Borealin and Survivin. While most CPC components are conserved across eukaryotes, orthologs of the chromatin reader Survivin have previously only been found in animals and fungi, raising the question of how its essential role is carried out in other eukaryotes. By characterizing proteins that bind to the Arabidopsis Borealin ortholog, we identified BOREALIN RELATED INTERACTOR 1 and 2 (BORI1 and BORI2) as redundant Survivin-like proteins in the context of the CPC in plants. Loss of BORI function is lethal and a reduced expression of BORIs causes severe developmental defects. Similar to Survivin, we find that the BORIs bind to phosphorylated histone H3, relevant for correct CPC association with chromatin. However, this interaction is not mediated by a BIR domain as in previously recognized Survivin orthologs, but by an FHA domain, a widely conserved phosphate-binding module. We propose that the unifying criterion of Survivin-type proteins is a helix that facilitates complex formation with the other two scaffold components, and that the addition of a phosphate-binding domain, necessary for concentration at the inner centromere, evolved in parallel in different eukaryotic groups. Using sensitive similarity searches, we indeed find conservation of this helical domain between animals and plants, and identify the missing CPC component in most eukaryotic supergroups. Interestingly, we also detect Survivin orthologs without a defined phosphate-binding domain, possibly reflecting the situation in the last eukaryotic common ancestor. Significance Statement The identification of two SURVIVIN -type genes in the model plant Arabidopsis unfolded the evolutionary trajectories of this central chromosomal passenger complex component and led to the identification of SURVIVIN orthologs in almost the entire eukaryotic kingdom. Our work indicates that the central most aspect of the SURVIVIN gene family is a helix to make contact with two other core chromosomal passenger complex members whereas the addition of a phosphate-binding domain shown to bind to chromatin in animals and plants evolved in parallel at least 3 times in different eukaryotic branches.

Abstract Adaptor protein (AP) complexes are evolutionarily conserved vesicle transport regulators that recruit coat proteins, membrane cargos and coated vesicle accessory proteins. Since in plants endocytic and post-Golgi trafficking intersect at the trans -Golgi network, unique mechanisms for sorting cargos of overlapping vesicular routes are anticipated. The plant AP complexes are part of the sorting machinery, but despite some functional information, their cargoes, accessory proteins, and regulation remain largely unknown. Here, by means of various proteomics approaches, we generated the overall interactome of the five AP and the TPLATE complexes in Arabidopsis thaliana . The interactome converged on a number of hub proteins, including the thus far unknown adaptin binding-like protein, designated P34. P34 interacted with the clathrin-associated AP complexes, controlled their stability and, subsequently, influenced clathrin-mediated endocytosis and various post-Golgi trafficking routes. Altogether, the AP interactome network offers substantial resources for further discoveries of unknown endomembrane trafficking regulators in plant cells.

Chromosome distribution at anaphase of mitosis and meiosis is triggered by separase, an evolutionarily conserved protease. Separase must be tightly regulated to prevent the untimely release of chromatid cohesion and disastrous chromosome distribution defects. Securin is the key inhibitor of separase in animals and fungi, but has not been identified in other eukaryotic lineages. Here, we identified PATRONUS1 and PATRONUS2 (PANS1 and PANS2) as the Arabidopsis homologues of securin. Disruption of PANS1 is known to lead to the premature separation of chromosomes at meiosis, and the simultaneous disruption of PANS1 and PANS2 is lethal. Here, we show that PANS1 targeting by the anaphase-promoting-complex is required to trigger chromosome separation, mirroring the regulation of securin. We showed that PANS1 acts independently from Shugosins. In a genetic screen for pans1 suppressors, we identified SEPARASE mutants, showing that PANS1 and SEPARASE have antagonistic functions in vivo. Finally, we showed that the PANS1 and PANS2 proteins interact directly with SEPARASE. Altogether, our results show that PANS1 and PANS2 act as a plant securin. Remote sequence similarity was identified between the plant patronus family and animal securins, suggesting that they indeed derive from a common ancestor. Identification of patronus as the elusive plant securin illustrates the extreme sequence divergence of this central regulator of mitosis and meiosis.

NuA4, an essential histone acetyltransferase complex, is required for efficient transcription in eukaryotes. Using genome editing, genomic approaches and biochemical assays, we characterized plant homologues of two key components of this complex, EPL1 and EAF1 in Arabidopsis thaliana . Surprisingly, we found that loss of AtEPL1, which is necessary for enzymatic activity of NuA4, is not lethal. Contrary to yeast, mutants lacking AtEAF1, responsible for complex targeting, display severe pleiotropic phenotype which copies that of Atepl1 . Atepl1 and Ateaf1 mutants grow slowly, contain reduced chlorophyll levels and small chloroplasts. We provide evidence that these alterations are not caused by disturbance of GLK transcription factors, the major regulators of chloroplast development. Using ChIP-seq we show that H4 acetylation levels are dramatically reduced in the chromatin of the Atepl1 mutant, while H3 acetylation remains mostly unchanged. We use our data to define NuA4-dependent genes and show that chloroplast-related genes are significantly overrepresented in this group, consistent with the pale-green phenotypes of the mutants. We propose that NuA4 was adopted in plants to control nuclear-encoded photosynthesis genes.Significance Photosynthesis depends on chloroplast proteins, most of which are nucleus-encoded and thus subject to control mechanisms common across eukaryotes. Here we show that NuA4, an evolutionary conserved transcriptional coactivator, is necessary for proper development of photosynthetic apparatus. Surprisingly, in contrast to yeast and metazoans, plants engineered to lack core NuA4 subunits are capable of vegetative development despite dramatic genome-wide loss of NuA4-dependent H4K5 acetylation. This chromatin perturbation seems to directly affect 350 genes which, in addition to reduced H4K5ac levels, display decreased transcript levels but no loss of transcription-related H3K9ac. A significant proportion of these genes are related to chloroplast function, particularly to translation, an intriguing parallel to the yeast NuA4’s role in transcription of ribosome biogenesis-related genes.

Knowledge about how and where proteins interact provides a pillar for cell biology. Biotin-related proximity labelling approaches are efficiently monitoring protein interactions but may have labelling-related drawbacks. Here, we introduce pupylation-based proximity labelling (PUP-IT) as a tool for protein interaction detection in plant biology. We show that PUP-IT readily confirmed and extended protein interactions for several known protein complexes, across different types of plant systems. To further demonstrate the power of PUP-IT, we used the system to identify protein interactions of the protein complex that underpin cellulose synthesis in plants. Apart from known complex components, we identified the ARF-GEF BEN1 (BFA-VISUALIZED ENDOCYTIC TRAFFICKING DEFECTIVE1). We show that BEN1 contributes to cellulose synthesis by regulating the trafficking of the cellulose synthesis protein complex between the trans-Golgi network and the plasma membrane. Our results, therefore, introduce PUP-IT as a new and powerful proximity labelling system to identify protein interactions in plant cells.

Homologous recombination is central to repair DNA double-strand breaks (DSB), either accidentally arising in mitotic cells or in programed manner at meiosis. Crossovers resulted from the repair of meiotic breaks are essential for proper chromosome segregation and enhance genetic diversity of the progeny. However, the mechanisms regulating CO formation are still elusive. Here, we identified a new partner of the previously characterized anti-crossover factor FIDGETIN-LIKE-1 (FIGL1), through protein-protein interaction and genetic screens in Arabidopsis thaliana. We named it FIDGETIN-LIKE-1 INTERACTING PROTEIN (FLIP) and showed that FLIP limits meiotic crossover together with FIGL1. Further, FLIP and FIGL1 form a protein complex conserved from Arabidopsis to Human. FIGL1 interacts with the recombinases RAD51 and DMC1, the enzymes which catalyze the DNA stand exchange step of homologous recombination. Arabidopsis flip mutants recapitulates the figl1 phenotype, with enhanced meiotic recombination associated with change in DMC1 dynamics. Our data thus suggest that FLIP and FIGL1 form a conserved complex that regulates the crucial step of strand invasion in homologous recombination.