Heat stress transcription factors (HSFs) are the core regulators of the heat stress (HS) response in plants. HSFs are considered as a molecular rheostat: their activities define the response intensity, incorporating information about the environmental temperature through a network of partner proteins. A prompted activation of HSFs is required for survival, for example the de novo synthesis of heat shock proteins. Furthermore, a timely attenuation of the stress response is necessary for the restoration of cellular functions and recovery from stress. In an ever-changing environment, the balance between thermotolerance and developmental processes such as reproductive fitness highlights the importance of a tightly tuned response. In many cases, the response is described as an ON/OFF mode, while in reality, it is very dynamic. This review compiles recent findings to update existing models about the HSF-regulated HS response and address two timely questions: How do plants adjust the intensity of cellular HS response corresponding to the temperature they experience? How does this adjustment contribute to the fine-tuning of the HS and developmental networks? Understanding these processes is crucial not only for enhancing our basic understanding of plant biology but also for developing strategies to improve crop resilience and productivity under stressful conditions.

Abstract Nitrate reductase (NR) is the key rate-limiting enzyme of the nitrogen (N) assimilation process in plants, which has not been characterized in bread wheat under nitrogen stress, especially with respect to their homeologues. Total 9 NR s were identified and classified into 3 groups, which showed a close relationship with different wheat ancestors. The occurrence of N-responsive cis -acting regulatory elements like MYB, MYC, G-Box and GATA-motif confirmed their N-responsiveness. Expression of all the three groups of NR under N-stress revealed NR 6-1ABD group to be the most N-responsive, which was characterized further in detail. The study was carried out in two genotypes contrasting for their N-responsiveness (HD 2967: Highly responsive to applied N, and Choti Lerma: Less responsive to applied N) selected on the basis of field evaluation. Homeologous differences within a genotype were found much more than the genotypic differences of a specific homeologue coding sequence. Among the three homeologues, though NR 6-1D homeologue was found most responsive to N-stress, the contribution was maximum for this homeologue followed by NR 6-1A and least by NR 6-1B. We found that the expression of homeologues was linked to the presence of N-responsive cis- elements. All the homeologues of NR 6-1 in Choti Lerma were found less responsive to N-stress, in comparison to HD 2967, which might also be linked to N-use efficiency. Homeologous expression of NR 6-1ABD revealed negligible contribution of B -homeologue to N-stress. Homeologous differences of NR 6-1ABD was found much more than the genotypic differences. Hence, our study on wheat NR will be helpful in manipulating the specific homeologue of the NR gene in the future.

Abstract Adverse impacts of climate change, including high temperature on cereal crop production, have been evidenced globally. In plants, heat shock factors (HSFs) are crucial components of heat stress associated rescue mechanisms and are also required for normal biological processes. Here, we functionally characterized a highly heat stress responsive HvHSFA6a in barley by developing constitutively overexpressing transgenic lines. These transgenic lines showed heat tolerant phenotype via improved photosynthesis, antioxidants and upregulation of HSPs and metabolites involved in stress amelioration and keeping thermomemory as compared to wild type plants. Global transcriptomics and ChIP sequencing revealed that HvHSFA6a orchestrates the expression of several genes through direct binding with other HSFs containing consensus HSE in their promoter regions. A GC-MS based metabolomics analysis also revealed the alterations in key metabolic processes such as carbohydrate metabolism, citric acid cycle, amino acids and secondary metabolism. Higher accumulation of key metabolites such as sucrose, galactinol, shikimate and ascorbate has been observed under both control and heat stress in transgenic lines as compared to wild type plants. Taken together, the results suggest that overexpression of HvHsfA6a prime the plants for heat stress conditions by alteration in gene expression and metabolic status. Highlight Priming is a mechanism by which plants respond to various abiotic and biotic stresses. Through multi omics approach we found that barley HsfA6a provide thermotolernce in transgenic plants through priming effect on transcriptome and metabolome.

Abstract Existence of potent in vitro regeneration system is a prerequisite for efficient genetic transformation and functional genomics of crop plants. We know little about why only some cultivars in crop plants are tissue culture friendly. In this study, tissue culture friendly cultivar Golden Promise (GP) and tissue culture resistant DWRB91(D91) were selected as contrasting cultivars to investigate the molecular basis of regeneration efficiency. Multiomics studies involving transcriptomics, proteomics, metabolomics, and biochemical analysis were performed using GP and D91 callus to unravel the regulatory mechanisms. Transcriptomics analysis revealed 1487 differentially expressed genes (DEGs), in which 795 DEGs were upregulated and 692 DEGs were downregulated in the GP-D91 transcriptome. Genes encoding proteins localized in chloroplast and involved in ROS generation were upregulated in the embryogenic calli of GP. Moreover, proteome analysis by LC-MSMS revealed 3062 protein groups and 16989 peptide groups, out of these 1586 protein groups were differentially expressed proteins (DEPs). Eventually, GC-MS based metabolomics analysis also revealed the higher activity of plastids and alterations in key metabolic processes such as sugar metabolism, fatty acid biosynthesis, and secondary metabolism. Higher accumulation of sugars, amino acids and metabolites corresponding to lignin biosynthesis were observed in GP as compared to D91. Highlights: Multi omics analysis revealed chloroplast play crucial role in providing in vitro regeneration capability in contrasting genotypes