Most of the nuclear genome of warm-blooded vertebrates is a mosaic of very long (> > 200 kilobases) DNA segments, the isochores ; these isochores are fairly homogeneous in base composition and belong to a small number of major classes distinguished by differences in guanine-cytosine (GC) content. The families of DNA molecules derived from such classes can be separated and used to study the genome distribution of any sequence which can be probed. This approach has revealed (i) that the distribution of genes, integrated viral sequences, and interspersed repeats is highly nonuniform in the genome, and (ii) that the base composition and ratio of CpG to GpC in both coding and noncoding sequences, as well as codon usage, mainly depend on the GC content of the isochores harboring the sequences. The compositional compartmentalization of the genome of warm-blooded vertebrates is discussed with respect to its evolutionary origin, its causes, and its effects on chromosome structure and function.

CBF / DREB1 (C-repeat-binding factor/dehydration responsive element-binding factor 1) genes encode a small family of transcriptional activators that have been described as playing an important role in freezing tolerance and cold acclimation in Arabidopsis . To specify this role, we used a reverse genetic approach and identified a mutant, cbf2 , in which the CBF2 / DREB1C gene was disrupted. Here, we show that cbf2 plants have higher capacity to tolerate freezing than WT ones before and after cold acclimation and are more tolerant to dehydration and salt stress. All these phenotypes correlate with a stronger and more sustained expression of CBF/DREB1-regulated genes, which results from an increased expression of CBF1 / DREB1B and CBF3 / DREB1A in the mutant. In addition, we show that the expression of CBF1 / DREB1B and CBF3 / DREB1A in response to low temperature precedes that of CBF2 / DREB1C . These results indicate that CBF2/DREB1C negatively regulates CBF1 / DREB1B and CBF3 / DREB1A , ensuring that their expression is transient and tightly controlled, which, in turn, guarantees the proper induction of downstream genes and the accurate development of Arabidopsis tolerance to freezing and related stresses.

Abstract We have identified two genes from Arabidopsis that show high similarity withCBF1, a gene encoding an AP2 domain-containing transcriptional activator that binds to the low-temperature-responsive element CCGAC and induces the expression of some cold-regulated genes, increasing plant freezing tolerance. These two genes, which we have named CBF2 and CBF3, also encode proteins containing AP2 DNA-binding motifs. Furthermore, like CBF1, CBF2 and CBF3 proteins also include putative nuclear-localization signals and potential acidic activation domains. The CBF2 andCBF3 genes are linked to CBF1,constituting a cluster on the bottom arm of chromosome IV. The high level of similarity among the three CBF genes, their tandem organization, and the fact that they have the same transcriptional orientation all suggest a common origin.CBF1, CBF2, and CBF3 show identical expression patterns, being induced very rapidly by low-temperature treatment. However, in contrast to most of the cold-induced plant genes characterized, they are not responsive to abscisic acid or dehydration. Taken together, all of these data suggest that CBF2 and CBF3 may function as transcriptional activators, controlling the level of low-temperature gene expression and promoting freezing tolerance through an abscisic acid-independent pathway.

Anthocyanins, which accumulate in leaves and stems in response to low temperature and changes in light intensity, are synthesized through the phenylpropanoid pathway that is controlled by key enzymes that include phenylalanine ammonia-lyase (PAL) and chalcone synthase (CHS). In this work we demonstrate that PAL and CHS mRNAs accumulate in leaves of Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. upon exposure to low temperature in a light-dependent manner. The regulation of the PAL1 gene expression by low temperature and light was examined by analyzing the expression of the [beta]-glucuronidase (uidA) reporter gene in transgenic Arabidopsis plants containing the uidA gene of Escherichia coli under the control of the PAL1 promoter. The results indicate that the accumulation of PAL1 mRNA is transcriptionally regulated. Histochemical staining for [beta]-glucuronidase activity showed that the PAL1 promoter is preferentially activated in photosynthetically active cells, paralleling anthocyanin accumulation. Moreover, we show that light may also be implicated in the regulation of the CHS gene in response to bacterial infiltration. Finally, using two transparent testa Arabidopsis mutants that are unable to accumulate anthocyanins, we demonstrate that these pigments are not required for successful development of freezing tolerance in this species.

The levels of endogenous polyamines have been shown to increase in plant cells challenged with low temperature; however, the functions of polyamines in the regulation of cold stress responses are unknown. Here, we show that the accumulation of putrescine under cold stress is essential for proper cold acclimation and survival at freezing temperatures because Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) mutants defective in putrescine biosynthesis (adc1, adc2) display reduced freezing tolerance compared to wild-type plants. Genes ADC1 and ADC2 show different transcriptional profiles upon cold treatment; however, they show similar and redundant contributions to cold responses in terms of putrescine accumulation kinetics and freezing sensitivity. Our data also demonstrate that detrimental consequences of putrescine depletion during cold stress are due, at least in part, to alterations in the levels of abscisic acid (ABA). Reduced expression of NCED3, a key gene involved in ABA biosynthesis, and down-regulation of ABA-regulated genes are detected in both adc1 and adc2 mutant plants under cold stress. Complementation analysis of adc mutants with ABA and reciprocal complementation tests of the aba2-3 mutant with putrescine support the conclusion that putrescine controls the levels of ABA in response to low temperature by modulating ABA biosynthesis and gene expression.

SUMMARY Endoplasmic Reticulum-Plasma Membrane contact sites (ER-PM CS) play fundamental roles in all eukaryotic cells. Arabidopsis mutants lacking the ER-PM protein tether synaptotagmin1 (SYT1) exhibit decreased plasma membrane (PM) integrity under multiple abiotic stresses such as freezing, high salt, osmotic stress and mechanical damage. Here, we show that, together with SYT1 , the stress-induced SYT3 is an ER-PM tether that also functions in maintaining PM integrity. The ER-PM CS localization of SYT1 and SYT3 is dependent on PM phosphatidylinositol-4-phosphate and is regulated by abiotic stress. Lipidomic analysis revealed that cold stress increased the accumulation of diacylglycerol at the PM in a syt1/3 double mutant relative to WT while the levels of most glycerolipid species remain unchanged. Additionally, SYT1-GFP preferentially binds diacylglycerol in vivo with little affinity for polar glycerolipids. Our work uncovers a crucial SYT-dependent mechanism of stress adaptation counteracting the detrimental accumulation of diacylglycerol at the PM produced during episodes of abiotic stress.

Summary The prefoldin complex (PFDc) was identified in humans as co-chaperone of the cytosolic chaperonin TRiC/CCT. It is conserved in eukaryotes and is composed of subunits PFD1 to 6. PFDc-TRiC/CCT operates folding actin and tubulins. In addition to this function, PFDs participate in a wide range of cellular processes, both in the cytoplasm and in the nucleus, and their malfunction cause developmental alterations and disease in animals, and altered growth and environmental responses in yeast and plants. Genetic analyses in yeast indicate that not all functions performed by PFDs require the participation of the canonical complex. The lack of systematic genetic analyses in higher eukaryotes makes it difficult to discern whether PFDs participate in a particular process as canonical complex or in alternative configurations, i.e . as individual subunits or in other complexes. To tackle this question, and on the premise that the canonical complex cannot be formed if one subunit is missing, we have prepared an Arabidopsis mutant deficient in the six prefoldins, and compared various growth and environmental responses with those of the individual pfd . In this way, we demonstrate that the PFDc is required to delay flowering, for seed germination, or to respond to high salt stress, whereas two or more PFDs redundantly attenuate the response to osmotic stress. A coexpression analysis of differentially expressed genes in the sextuple mutant has identified several transcription factors, such as ABI5 or PIF4, acting downstream of PFDs. Furthermore, it has made possible to assign novel roles for PFDs, for instance, in the response to warm temperature.

Arabidopsis PROTEIN ARGININE METHYLTRANSFERASE 5 (PRMT5) post- translationally modifies RNA-binding proteins by arginine (R) methylation. The impact of this modification on the regulation of RNA processing is largely unknown. Here we use LSM4, a component of the spliceosome, as a paradigm to study the impact of R-methylation on its function in RNA processing. We identify in vivo targets of LSM4 and show that LSM4 regulates alternative splicing of a suite of them. Furthermore, LSM4 affects mRNA levels of some of the targets, showing for the first time its role in both AS and steady-state abundance. The lsm4 and prmt5 mutants show a considerable overlap of genes with altered splicing patterns, suggesting that these might be regulated by PRMT5-dependent LSM4 methylation. Wild-type LSM4 and an unmethylable version complement the lsm4-1 growth and circadian rhythms defects, suggesting that methylation is not critical for growth in normal environments. However, LSM4 methylation increases with ABA and is necessary for plants to respond properly to salt stress. In contrast, LSM4 methylation is reduced by bacterial infection, and plants expressing unmethylable LSM4 are more resistant than plants expressing wild-type LSM4. This tolerance correlates with decreased intron retention of immune-response genes upon infection, augmenting the functional isoform. Taken together, this provides the first direct evidence that R methylation adjusts LSM4 function on pre-mRNA splicing in an antagonistic manner in response to biotic and abiotic stress.

ABSTRACT A universal response of plants to environmental stresses is the activation of plasma membrane (PM) phospholipase C (PLC) that hydrolyzes phosphatidylinositol phosphate (PIP) to produce soluble inositol phosphate (IP) and diacylglycerol (DAG). DAG produced in this way can be either phosphorylated by PM diacylglycerol kinases (DGKs) to produce the second messenger phosphatidic acid (PA) or transferred to the endoplasmic reticulum (ER) by the Synaptotagmin 1 (SYT1) protein at ER-PM Contact Sites (CS). In Arabidopsis, the clearance of DAG at the PM (avoiding deleterious accumulation) by the transfer activity of SYT is essential to maintain PM stability after stress. In this study we identify that DGK1 and DGK2 form a module with SYT1 at ER-PM CS through interaction of their C1 and C2 domains respectively. Global transcriptomic and metabolomic analyses confirms that SYT1 and DGK1 / DGK2 are functionally related and lipidomic analysis supports the hypothesis that DGK1 and DGK2 function at the ER by phosphorylating DAG transferred by SYT1 from the PM. DGK1 and DGK2 show structural similarity to human DGKε, the DGK isoform that function at ER-PM CS in the phosphoinositide (PI) cycle. Our data indicate that components of the PI cycle are conserved between animals and plants and provide a novel mechanism leading to an increase in the efficiency of the PI cycle by channeling the transport and hydrolysis of DAG at the ER-PM CS.