Translation inhibition is a major but poorly understood mode of action of microRNAs (miRNAs) in plants and animals. In particular, the subcellular location where this process takes place is unknown. Here, we show that the translation inhibition, but not the mRNA cleavage activity, of Arabidopsis miRNAs requires ALTERED MERISTEM PROGRAM1 (AMP1). AMP1 encodes an integral membrane protein associated with endoplasmic reticulum (ER) and ARGONAUTE1, the miRNA effector and a peripheral ER membrane protein. Large differences in polysome association of miRNA target RNAs are found between wild-type and the amp1 mutant for membrane-bound, but not total, polysomes. This, together with AMP1-independent recruitment of miRNA target transcripts to membrane fractions, shows that miRNAs inhibit the translation of target RNAs on the ER. This study demonstrates that translation inhibition is an important activity of plant miRNAs, reveals the subcellular location of this activity, and uncovers a previously unknown function of the ER.

The plant hormone abscisic acid (ABA) regulates many physiological and developmental processes in plants. The mechanism of ABA perception at the cell surface is not understood. Here, we report that a G protein-coupled receptor genetically and physically interacts with the G protein alpha subunit GPA1 to mediate all known ABA responses in Arabidopsis. Overexpressing this receptor results in an ABA-hypersensitive phenotype. This receptor binds ABA with high affinity at physiological concentration with expected kinetics and stereospecificity. The binding of ABA to the receptor leads to the dissociation of the receptor-GPA1 complex in yeast. Our results demonstrate that this G protein-coupled receptor is a plasma membrane ABA receptor.

To elucidate genome-level responses to drought and high-salinity stress in rice, a 70mer oligomer microarray covering 36,926 unique genes or gene models was used to profile genome expression changes in rice shoot, flag leaf and panicle under drought or high-salinity conditions. While patterns of gene expression in response to drought or high-salinity stress within a particular organ type showed significant overlap, comparison of expression profiles among different organs showed largely organ-specific patterns of regulation. Moreover, both stresses appear to alter the expression patterns of a significant number of genes involved in transcription and cell signaling in a largely organ-specific manner. The promoter regions of genes induced by both stresses or induced by one stress in more than one organ types possess relative enrichment of two cis-elements (ABRE core and DRE core) known to be associated with water stress. An initial computational analysis indicated that novel promoter motifs are present in the promoters of genes involved in rehydration after drought. This analysis suggested that rice might possess a mechanism that actively detects rehydration and facilitates rapid recovery. Overall, our data supports a notion that organ-specific gene regulation in response to the two abiotic stresses may primarily be mediated by organ-specific transcription responses.

Abstract Floral stem cells produce a defined number of floral organs before ceasing to be maintained as stem cells. Therefore, floral stem cells offer an ideal model to study the temporal control of stem cell maintenance within a developmental context. AGAMOUS (AG), a MADS domain transcription factor essential for the termination of floral stem cell fate, has long been thought to repress the stem cell maintenance gene WUSCHEL (WUS) indirectly. Here, we uncover a role of Polycomb Group (PcG) genes in the temporally precise repression of WUS expression and termination of floral stem cell fate. We show that AG directly represses WUS expression by binding to the WUS locus and recruiting, directly or indirectly, PcG that methylates histone H3 Lys-27 at WUS. We also show that PcG acts downstream of AG and probably in parallel with the known AG target KNUCKLES to terminate floral stem cell fate. Our studies identify core components of the network governing the temporal program of floral stem cells.

Wenbo Ma and colleagues show that two effectors from the oomycete plant pathogen Phytophthora sojae suppress RNA silencing in plants by inhibiting the biogenesis of small RNAs. These findings show that some eukaryotic pathogens, like their prokaryotic and viral counterparts, have evolved virulence proteins that target host RNA silencing processes to promote infection. Effectors are essential virulence proteins produced by a broad range of parasites, including viruses, bacteria, fungi, oomycetes, protozoa, insects and nematodes. Upon entry into host cells, pathogen effectors manipulate specific physiological processes or signaling pathways to subvert host immunity. Most effectors, especially those of eukaryotic pathogens, remain functionally uncharacterized. Here, we show that two effectors from the oomycete plant pathogen Phytophthora sojae suppress RNA silencing in plants by inhibiting the biogenesis of small RNAs. Ectopic expression of these Phytophthora suppressors of RNA silencing enhances plant susceptibility to both a virus and Phytophthora, showing that some eukaryotic pathogens have evolved virulence proteins that target host RNA silencing processes to promote infection. These findings identify RNA silencing suppression as a common strategy used by pathogens across kingdoms to cause disease and are consistent with RNA silencing having key roles in host defense.

Summary A better understanding of wheat functional genomics could facilitate the targeted breeding for agronomic traits improvement and environmental adaptation. With the release of reference genomes and extensive re-sequencing data of wheat and relatives, wheat functional genomics enters a new era. However, limited transformation efficiency in wheat hampers in-depth gene functional study and genetic manipulation for breeding. Here, we generated an EMS mutagenesis library of KN9204, a widely grown elite wheat variety in northern China, with available reference genome, transcriptome, and epigenome of various tissues. The library harbors enormous developmental diversity covering important tissues and transition stages. Exome capture sequencing of 2,090 mutant lines, with probes designed by KN9204 genome, revealed that 98.79% of coding genes have mutations and 1,383 EMS-type SNPs per line averagely. Novel allelic variations for important agronomic trait-related genes, such as Rht-D1, Q, TaTB1 , and WFZP , were identified. We tested 100 lines with severe mutations in 80 NAC TFs under drought and salinity stresses, and found 13 lines with altered sensitivity. Three lines were further analyzed for the regulation insight of NAC TFs in stress response by combing transcriptome and available chromatin accessibility data. Hundreds of direct targets of NAC with altered transcriptional pattern in mutant lines under salt or drought stress induction were identified, including SNAC1, DREB2B, CML16 and ZFP182 , knowing factors in abiotic stresses response. Thus, we have generated and indexed KN9204 EMS mutant library which would facilitate functional genomics study and provide resources for genetic manipulation in wheat.

ABSTRACT Cultivating high-yield wheat under limited water resources is essential for sustainable agriculture in semiarid regions. Amid water scarcity, plants activate drought response signaling, yet the delicate balance between drought tolerance and development remains unclear. Through genome-wide-association study (GWAS) and transcriptome profiling, we identified a wheat atypical basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factor (TF), TabHLH27-A1, as a promising quantitative trait locus (QTL) candidate for both relative root dry weight (DW.R%) and spikelet number per spike (SPS) in wheat. TabHLH27-A1/B1/D1 knockout reduced wheat drought tolerance, yield, and water use efficiency (WUE). TabHLH27-A1 exhibited rapid induction with PEG treatment, gradually declining over days. It activated stress response genes such as TaCBL8-B1 and TaCPI2-A1 while inhibiting root growth genes like TaSH15-B1 and TaWRKY70-B1 under short-term PEG stimulus. The distinct transcriptional regulation of TabHLH27-A1 involved diverse interacting factors such as TaABI3-D1 and TabZIP62-D1. Natural variations of TabHLH27-A1 influences its transcriptional responses to drought stress, with TabHLH27-A1 Hap-II associated with stronger drought tolerance, larger root system, more spikelets, and higher WUE in wheat. Significantly, the elite TabHLH27-A1 Hap-II was selected during the breeding process in China, and introgression of TabHLH27-A1 Hap-II allele improves drought tolerance and grain yield, especially under water-limited conditions. Our study highlights TabHLH27-A1’s role in balancing root growth and drought tolerance, providing a genetic manipulation locus for enhancing WUE in wheat.

In cell-cell communication, non-cell-autonomous transcription factors play vital roles in controlling plant stem cell fate. We previously reported that AUXIN RESPONSE FACTOR 3 (ARF3), a member of the ARF family with critical roles in floral meristem maintenance and determinacy, has a distinct accumulation pattern that differs from the expression domain of its encoding gene in the shoot apical meristem (SAM). However, the biological meaning of this difference is obscure. Here, we demonstrate that ARF3 expression is mainly activated at the periphery of the SAM by auxin, where ARF3 cell-autonomously regulates the expression of meristem-organ boundary-specific genes, such as CUP-SHAPED COTYLEDON1-3 (CUC1-3), BLADE ON PETIOLE1-2 (BOP1-2) and TARGETS UNDER ETTIN CONTROL3 (TEC3) to determine organ patterning. We also show that ARF3 is translocated into the organizing center, where it represses cytokinin activity and WUSCHEL expression to regulate meristem activity non-cell-autonomously. Therefore, ARF3 acts as a molecular link that mediates the interaction of auxin and cytokinin signaling in the SAM while coordinating the balance between meristem maintenance and organogenesis. Our findings reveal an ARF3-mediated coordination mechanism through cell-cell communication in dynamic SAM maintenance.