Abstract A detailed understanding of abiotic stress tolerance in plants is essential to provide food security in the face of increasingly harsh climatic conditions. Glucosinolates (GLSs) are secondary metabolites found in the Brassicaceae that protect plants from herbivory and pathogen attack. Here we report that in Arabidopsis, aliphatic GLS levels are regulated by the auxin-sensitive Aux/IAA repressors IAA5, IAA6, and IAA19. These proteins act in a transcriptional cascade that maintains expression of GLS levels when plants are exposed to drought conditions. Loss of IAA5/6/19 results in reduced GLS levels and decreased drought tolerance. Further, we show that this phenotype is associated with a defect in stomatal regulation. Application of GLS to the iaa5,6,19 mutants restores stomatal regulation and normal drought tolerance. GLS action is dependent on the receptor kinase GHR1, suggesting that GLS may signal via reactive oxygen species. These results provide a novel connection between auxin signaling, GLS levels and drought response. One Sentence Summary Aux/IAA proteins promote drought tolerance by regulating glucosinolate levels.

Abstract Plants face a variety of challenges within their ever-changing environment. Diverse metabolites are central to the plants ability to overcome these challenges. Understanding the environmental and genetic factors influencing the variation in specialized metabolites is the key to understand how plants survive and develop under changing environments. Here we measure the variation in specialized metabolites across a population of 797 natural Arabidopsis thaliana accessions. We show a combination of geography, environmental parameters, demography, and different genetic processes that creates a specific pattern in their accumulation and distribution. By identifying and tracking causal polymorphisms at multiple loci controlling metabolites variation we show that each locus displays extensive allelic heterogeneity with signatures of both parallel and convergent evolutionary processes. These loci combine epistatically and show differing relationships to environmental parameters leading to different distributions. This provides a detailed perspective about the complexity of the forces and mechanisms that shape the accumulation and distribution of a family of specialized metabolites critical for plant fitness.

Plants face diverse stresses in natural environments, necessitating complex responses for survival. Abiotic and biotic stress responses are typically counteractive, posing challenges for breeding crops resilient to multiple stresses. Autophagy, a cellular transport process, plays a vital role in plant stress response, facilitating the degradation of cellular components and enabling nutrient recycling. Here, we asked what the role of autophagy is in combined abiotic (heat) and biotic (bacterial infection by Xanthomonas campestris pv. vesicatoria) stress. We introduce a conceptual framework based on assays monitoring autophagy activation, bacterial infection, and metabolic profiling. We observed that heat stress facilitates bacterial growth in an autophagy-dependent manner. Bacterial effectors facilitate this phenomenon. We also demonstrate the engagement of the autophagy-related 8 (ATG8) protein family members in stress-specific activation. Metabolic profiling highlights effector-dependent shifts in nutrient availability during stress, influencing bacterial performance. Our study challenges the assumption that combined stresses are simply the sum of individual responses as exemplified by activation of the autophagic pathway. Instead, it establishes autophagy as a link connecting environmental factors and plant-microbe interactions. Insights for our study can present a novel perspective for designing strategies to enhance crop resilience in the face of multifaceted challenges.

Abstract Nitrogen is an essential element required for plant growth and productivity. Understanding the mechanisms and natural genetic variation underlying nitrogen use in plants will facilitate engineering plant nitrogen use to maximize crop productivity while minimizing environmental costs. To understand the scope of natural variation that may influence nitrogen use, we grew 1135 Arabidopsis thaliana natural genotypes on two nitrogen sources, nitrate and ammonium, and measured both developmental and defense metabolite traits. By using different environments and focused on multiple traits, we identified a wide array of different nitrogen responses. These responses are associated with a large number of genes, most of them not previously associated with nitrogen responses. Only a small portion of these genes appear to be shared between environments or traits while most of the detected genes are predominantly specific to a developmental or defense trait under a specific nitrogen source. Finally, by using a large population we were able to identify unique nitrogen responses, like preferring ammonium or nitrate, that appear to be generated by combinations of loci rather than a few large effect loci. This suggests that it may be possible to obtain novel phenotypes in complex nitrogen responses by manipulating sets of genes with small effects rather than solely focusing on large effect single gene manipulations. One Sentence Summary Using a large collection of natural genotypes, and studying both developmental and metabolic responses, we found a large number of genes that are involved in the plants nitrogen response.