Jun Wang and colleagues report the genome sequence of the cucumber. The cucumber genome is the seventh plant genome sequence to be reported and was assembled with a combination of traditional Sanger and next-generation sequencing methods. Cucumber is an economically important crop as well as a model system for sex determination studies and plant vascular biology. Here we report the draft genome sequence of Cucumis sativus var. sativus L., assembled using a novel combination of traditional Sanger and next-generation Illumina GA sequencing technologies to obtain 72.2-fold genome coverage. The absence of recent whole-genome duplication, along with the presence of few tandem duplications, explains the small number of genes in the cucumber. Our study establishes that five of the cucumber's seven chromosomes arose from fusions of ten ancestral chromosomes after divergence from Cucumis melo. The sequenced cucumber genome affords insight into traits such as its sex expression, disease resistance, biosynthesis of cucurbitacin and 'fresh green' odor. We also identify 686 gene clusters related to phloem function. The cucumber genome provides a valuable resource for developing elite cultivars and for studying the evolution and function of the plant vascular system.

Zhangjun Fei and colleagues report the draft genome of a Chinese elite watermelon inbred line 97103 and resequencing of 20 diverse accessions that represent the three subspecies of Citrullus lunatus. Comparative genome-wide analyses identify the extent of genetic diversity and population structure of watermelon germplasm. Watermelon, Citrullus lanatus, is an important cucurbit crop grown throughout the world. Here we report a high-quality draft genome sequence of the east Asia watermelon cultivar 97103 (2n = 2× = 22) containing 23,440 predicted protein-coding genes. Comparative genomics analysis provided an evolutionary scenario for the origin of the 11 watermelon chromosomes derived from a 7-chromosome paleohexaploid eudicot ancestor. Resequencing of 20 watermelon accessions representing three different C. lanatus subspecies produced numerous haplotypes and identified the extent of genetic diversity and population structure of watermelon germplasm. Genomic regions that were preferentially selected during domestication were identified. Many disease-resistance genes were also found to be lost during domestication. In addition, integrative genomic and transcriptomic analyses yielded important insights into aspects of phloem-based vascular signaling in common between watermelon and cucumber and identified genes crucial to valuable fruit-quality traits, including sugar accumulation and citrulline metabolism.

We report the isolation of a cDNA (KAT1) from Arabidopsis thaliana that encodes a probable K+ channel. KAT1 was cloned by its ability to suppress a K+ transport-defective phenotype in mutant Saccharomyces cerevisiae cells. This suppression is sensitive to known K+ channel blockers, including tetraethylammonium and Ba2+ ions. The KAT1 cDNA contains an open reading frame capable of encoding a 78-kDa protein that shares structural features found in the Shaker superfamily of K+ channels. These include a cluster of six putative membrane-spanning helices (S1-S6) at the amino terminus of the protein, a presumed voltage-sensing region containing Arg/Lys-Xaa-Xaa-Arg/Lys repeats within S4, and the highly conserved pore-forming region (known as H5 or SS1-SS2). Our results suggest that the structural motif for K+ channels has been conserved between plants and animals.

The function of the 30-kilodalton movement protein (MP) of tobacco mosaic virus is to facilitate cell-to-cell movement of viral progeny in an infected plant. A novel method for delivering non-plasmalemma-permeable fluorescent probes to the cytosol of spongy mesophyll cells of tobacco leaves was used to study plasmodesmatal size exclusion limits in transgenic plants that express the MP gene. Movement of fluorescein isothiocyanate-labeled dextran (F-dextran) with an average molecular mass of 9400 daltons and an approximate Stokes radius of 2.4 nanometers was detected between cells of the transgenic plants, whereas the size exclusion limit for the control plants was 700 to 800 daltons. No evidence of F-dextran metabolism in the leaves of the transgenic plants was found. Thus, the tobacco mosaic virus movement protein has a direct effect on a plasmodesmatal function.

Systemic translocation of RNA exerts non-cell-autonomous control over plant development and defense. Long-distance delivery of mRNA has been proven, but transport of small interfering RNA and microRNA remains to be demonstrated. Analyses performed on phloem sap collected from a range of plants identified populations of small RNA species. The dynamic nature of this population was reflected in its response to growth conditions and viral infection. The authenticity of these phloem small RNA molecules was confirmed by bioinformatic analysis; potential targets for a set of phloem small RNA species were identified. Heterografting studies, using spontaneously silencing coat protein (CP) plant lines, also established that transgene-derived siRNA move in the long-distance phloem and initiate CP gene silencing in the scion. Biochemical analysis of pumpkin (Cucurbita maxima) phloem sap led to the characterization of C. maxima Phloem SMALL RNA BINDING PROTEIN1 (CmPSRP1), a unique component of the protein machinery probably involved in small RNA trafficking. Equivalently sized small RNA binding proteins were detected in phloem sap from cucumber (Cucumis sativus) and lupin (Lupinus albus). PSRP1 binds selectively to 25-nucleotide single-stranded RNA species. Microinjection studies provided direct evidence that PSRP1 could mediate the cell-to-cell trafficking of 25-nucleotide single-stranded, but not double-stranded, RNA molecules. The potential role played by PSRP1 in long-distance transmission of silencing signals is discussed with respect to the pathways and mechanisms used by plants to exert systemic control over developmental and physiological processes.

Abstract Cucurbita moschata, a cucurbit species responsive to inductive short-day (SD) photoperiods, and Zucchini yellow mosaic virus (ZYMV) were used to test whether long-distance movement of FLOWERING LOCUS T (FT) mRNA or FT is required for floral induction. Ectopic expression of FT by ZYMV was highly effective in mediating floral induction of long-day (LD)–treated plants. Moreover, the infection zone of ZYMV was far removed from floral meristems, suggesting that FT transcripts do not function as the florigenic signal in this system. Heterografting demonstrated efficient transmission of a florigenic signal from flowering Cucurbita maxima stocks to LD-grown C. moschata scions. Real-time RT-PCR performed on phloem sap collected from C. maxima stocks detected no FT transcripts, whereas mass spectrometry of phloem sap proteins revealed the presence of Cm-FTL1 and Cm-FTL2. Importantly, studies on LD- and SD-treated C. moschata plants established that Cmo-FTL1 and Cmo-FTL2 are regulated by photoperiod at the level of movement into the phloem and not by transcription. Finally, mass spectrometry of florally induced heterografted C. moschata scions revealed that C. maxima FT, but not FT mRNA, crossed the graft union in the phloem translocation stream. Collectively, these studies are consistent with FT functioning as a component of the florigenic signaling system in the cucurbits.

CmPP16 from Cucurbita maxima was cloned and the protein was shown to possess properties similar to those of viral movement proteins. CmPP16 messenger RNA (mRNA) is present in phloem tissue, whereas protein appears confined to sieve elements (SE). Microinjection and grafting studies revealed that CmPP16 moves from cell to cell, mediates the transport of sense and antisense RNA, and moves together with its mRNA into the SE of scion tissue. CmPP16 possesses the characteristics that are likely required to mediate RNA delivery into the long-distance translocation stream. Thus, RNA may move within the phloem as a component of a plant information superhighway.

Inward-rectifying potassium channels located in the plasma membrane of higher plant and animal cells contribute to cellular homeostasis and excitability. The genes encoding this specific class of K+ channels have not been functionally identified. This report shows that a single messenger RNA transcript from the Arabidopsis thaliana KAT1 complementary DNA confers the functional expression of a hyperpolarization-activated K+ channel in Xenopus oocytes. The channels encoded by KAT1 are highly selective for K+ over other monovalent cations, are blocked by tetraethylammonium and barium, and have a single channel conductance of 28 +/- 7 picosiemens with 118 millimolar K+ in the bathing solution. These functional characteristics, typical of inward-rectifying K+ channels in eukaryotic cells, demonstrate that KAT1 encodes an inward-rectifying K+ channel.

SUMMARY In the classical formulation of Münch (1930), plasmodesmata are considered to form simple cytoplasmic bridges between neighbouring plant cells to create the symplasm. This concept has dominated, if not monopolized, the thinking of plant biologists and in particular plant physiologists over the last few decades. Recent advances in ultrastructural, physiological and molecular studies on plasmodesmata indicate that this simple view is in need of revision. Structurally, the higher plant plasmodesma has been revealed to be a supramolecular complex consisting of membranes and proteins. Functionally, evidence is at hand that this complex structure appears to have evolved not only to control the size exclusion limit for intercellular diffusion of metabolites and small molecules, but also to potentiate and regulate intercellular trafficking of macromolecules, including proteins and nucleic acids. In this regard, plasmodesmal transport may share parallel regulatory mechanisms with nucleocytoplasmic transport. Based on these findings, we advance the hypothesis that plants function as supracellular, rather than multicellular, organisms. As such, the dynamics of the plant body, including cell differentiation, tissue formation, organogenesis and specialized physiological function(s), is subject to plasmodesmal regulation. Plasmodesmata presumably accomplish such regulatory roles by trafficking informational molecules which orchestrate both metabolic activity and gene expression. Current and future studies on the evolutionary origin(s) of plasmodesmata are likely to provide valuable information in terms of the genetic and molecular basis for the supracellular nature of plants. Contents Summary 435 I. Introduction 436 II. Plasmodesmal formation, structure and biochemistry 436 III. Evolution of plasmodesmata 445 IV. Symplasmic dynamics 452 V. Plasniodesmal trafficking of macromolecules: parallels with nucleocytoplasmic transport 457 VI. Role of plasmodesmata in plant development 464 VII. Concluding remarks 469 Acknowledgements 470 References 470