SUMMARY Extracellular perception of auxin, an essential phytohormone in plants, has been debated for decades. Auxin binding protein 1 (ABP1) physically interacts with quintessential transmembrane kinases (TMKs) and was proposed to act as an extracellular auxin receptor, but its role was disputed because abp1 knockout mutants lack obvious morphological phenotypes. Here we identified two new auxin-binding proteins, ABL1 and ABL2, that are localized to the apoplast and directly interact with the extracellular domain of TMKs in an auxin-dependent manner. Furthermore, functionally redundant ABL1 and ABL2 genetically interact with TMKs and exhibit functions that are overlapping with those of ABP1 as well as independent of ABP1. Importantly, the extracellular domain of TMK1 itself binds auxin and synergizes with either ABP1 or ABL1 in auxin binding. Thus, our findings discovered new auxin receptors ABL1 and ABL2 having functions overlapping with but distinct from ABP1 and acting together with TMKs as co-receptors for extracellular auxin.

Abstract Intron retention (IR) is the most common alternative splicing event in Arabidopsis . An increasing number of studies have demonstrated the major role of IR in gene expression regulation. The impacts of IR on plant growth and development and response to environments remain underexplored. Here, we found that IR functions directly in gene expression regulation on a genome-wide scale through the detainment of intron-retained transcripts (IRTs) in the nucleus. Nuclear-retained IRTs can be kept away from translation through this mechanism. COP1-dependent light modulation of the IRTs of light signaling genes, such as PIF4 , RVE1 , and ABA3 , contribute to seedling morphological development in response to changing light conditions. Furthermore, light-induced IR changes are under the control of the spliceosome, and in part through COP1-dependent ubiquitination and degradation of DCS1, a plant-specific spliceosomal component. Our data suggest that light regulates the activity of the spliceosome and the consequent IRT nucleus detainment to modulate photomorphogenesis through COP1.

Grapevine (Vitis) is the oldest domesticated fruit crop with great cultural and economic importance. Here, we assemble and annotate haplotype-resolved genomes of 72 Vitis accessions including 25 wild and 47 cultivated grapevines, and a haplotype-resolved complete genome of V. vinifera. Coalescent phylogenomics of 142 haplotype genomes disentangles the mysterious hybridization history of grapevines, revealing enormous genetic diversity among species. Pangenome analysis together with phenotyping data reveals that European cultivars, more susceptible to the most destructive disease downy mildew (DM), had a smaller repertoire of disease resistance genes of NLR family. Through extensive structural variation (SV) characterization, phenotyping, transcriptome profiling of 113 Vitis accessions, and SV-eQTL analysis, we have identified over 79 SVs and their relevant genes significantly associated with DM resistance, exemplified by a lysine histidine transporter, VvLHT8. This haplotype-resolved complete genome and pangenome of Vitis genus will accelerate grapevine breeding and enrich our understanding of the evolution and biology of grapevines.

Active DNA demethylation is critical for altering DNA methylation patterns and regulating gene expression. The 5-methylcytosine DNA glycosylase/lyase ROS1 initiates a base excision repair pathway for active DNA demethylation and is required for the prevention of DNA hypermethylation at thousands of genomic regions in Arabidopsis. How ROS1 is regulated and targeted to specific genomic regions is not well understood. Here, we report the discovery of an Arabidopsis protein complex that contains ROS1, that regulates ROS1 gene expression, and that likely targets the ROS1 protein to specific genomic regions. ROS1 physically interacts with a WD40 domain protein (RWD40), which in turn interacts with a methyl-DNA binding protein (RMB1) as well as with a zinc finger- and homeobox domain protein (RHD1). RMB1 binds to DNA that is methylated in any sequence context, and this binding is necessary for RMB1 function in vivo. Loss-of-function mutations in RWD40, RMB1, or RHD1 cause DNA hypermethylation at several tested genomic regions and in a manner that is independent of the known ROS1 regulator IDM1. Because the hypermethylated genomic regions include the DNA methylation monitoring sequence in the ROS1 promoter, the mutant plants show increased ROS1 expression. Our results demonstrate that ROS1 forms a protein complex with RWD40, RMB1, and RHD1, and that this novel complex regulates active DNA demethylation in plants.

Abstract Drought poses a significant environmental threat to global agricultural production and distribution. Plant adaptation to dehydration stress involves intricate biological processes with substantial changes in metabolite composition. In this study, we investigated the role of tricarboxylic acid (TCA) cycle metabolites in drought tolerance in grapevine and Arabidopsis. Metabolome analysis revealed that malate, citrate, and isocitrate were upregulated over time in detached grapevine leaves. Five out of 10 organic acids tested, including TCA cycle metabolites, elicited increases in cytosolic free Ca 2+ concentration ([Ca 2+ ] cyt ) in guard cells. Eight out of 10 directly activated a major anion channel in guard cell SLAC1, suggesting that SLAC1 is a general sensor of carboxylic acids. Furthermore, malate alone remarkably induced stomatal closure, which required increases in [Ca 2+ ] cyt in guard cells and activation of SLAC1. Pharmacological experiments suggested that cyclic ADP-ribose (cADPR), cAMP and inositol trisphosphate (IP 3 ) act as second messengers essential for malate-induced [Ca 2+ ] cyt elevation and stomatal closure. G-proteins, which regulate second messenger production, were identified as components of malate signaling. These results indicate that malate plays a key role in connecting metabolic regulation and drought tolerance. As TCA cycle intermediates are key players in stress responses in mammals as well, we propose that they are common stress-responsive signal molecules mediated by G-protein-dependent signal cascades in both the animal and plant kingdoms.

Abstract Pollen tubes (PTs) elongate in a polar way to deliver sperm cells to the ovule. Pollen wall development and PT cell wall integrity (CWI) maintenance are critical for PT growth and double fertilization. Pollen wall development mainly relies on secretion of exine precursors in tapetum. RALF4/19-ANX/BUPS-MRI and RALF4/19-LRX-AUN are two distinct signaling pathways but converge to fine-tune CWI during PT growth. Here, we discovered that atsyp32+/- , AtSYP32 RNAi and AtSYP3132 RNAi lines were male sterile. The tapetum development in these lines were disturbed, and the pollen wall structure was impaired resulting in pollen grain and tube bursting and less PTs navigated to micropyles. Strikingly, there were numerous ectopic secretory vesicles retained in pollen cytoplasm, and the abundance or distribution of polysaccharides and AGPs altered significantly in PTs of the mutants and RNAi lines. AtSYP32 interacted with the vesicle transport regulators SEC31B, SEC22 and BET12, the PT CWI regulators RALF19 and LRX11, and the XyG xylosyltransferase XXT5, in the Golgi apparatus. Transcription of some genes related to pollen wall biosynthesis and PT CWI maintenance were seriously affected by AtSYP32 downregulation. Our findings illustrate that AtSYP32 plays essential roles in pollen wall development and PT CWI maintenance via controlling secretory pathway. IN A NUTSHELL Background Pollen wall is the most complex cell wall. Pollen wall development mainly relies on secretion of precursors of exine and pollen coat in tapetal cells. Pollen tubes (PTs) grow in a polar way to deliver sperm cells to the ovule. Maintenance of PT cell wall integrity (CWI) is critical for PT elongation and double fertilization. RALF4/19 ligands interact with BUPS-ANX receptors, signaling it in an autocrine manner to maintain CWI during PT elongation. RALF4/19-LRX-AUN pathway is distinct with RALF4/19-ANX/BUPS-MRI pathway but they converge to fine-tune CWI during PT growth. Biosynthesis of PT cell wall involves multiple subcellular compartments and vesicle transport pathways. Golgi apparatus acts as a hub in vesicle trafficking. Golgi-syntaxin AtSYP31 and AtSYP32 regulate pollen development by controlling intra-Golgi transport and Golgi morphology Question What is AtSYP32 role in pollen wall and tapetum development? Who are the AtSYP32 partners that regulate secretion of cell wall biosynthesis materials? Findings We found that no homozygote progeny was obtained from self-pollinated atsyp32+/- alleles due to pollen sterile. The tapetum development and degeneration in atsyp32+/- mutants was severely delayed, and the pollen wall and PT wall structure were impaired. Strikingly, there were numerous ectopic secretory vesicles retained in pollen cytoplasm in atsyp32+/- mutants, and the abundance or distribution of PT wall polysaccharides and AGPs altered obviously. AtSYP32 interacted with the vesicle transport regulators SEC31B, SEC22 and BET12, the PT CWI regulators RALF19 and LRX11, and XyG xylosyltransferase XXT5, in the Golgi. All these highlight that AtSYP32 regulates pollen wall development and maintenance of PT CWI via controlling secretory pathway. Next steps The biological significances and the molecular mechanisms of AtSYP32 interacting with XXT5, RALF19 and LRX11 are elusive but thought-provoking. We are going to clarify the mechanisms.