Abstract Evidence suggests that ICR proteins function as adaptors that mediate ROP signaling. Here, we studied the functions of ICR2 and its homologs ICR5 and ICR3. We showed that ICR2 is a microtubule-associated protein that regulates microtubule dynamics. ICR2 can retrieve activated ROPs from the plasma membrane, and it is recruited to a subset of ROP domains. Secondary cell wall pits in the metaxylem of icr2 and icr5 Arabidopsis single mutants and icr2 / icr5 double and icr2 / icr5 / icr3 triple mutants were denser and larger than those in wild-type Col-0 seedlings, implicating these three ICRs in restriction of ROP function. The icr2 but not the icr5 mutants developed split root hairs further implicating ICR2 in restriction of ROP signaling. Taken together, our results show that ICR2, and likely also ICR5 and ICR3, have multiple functions as ROP effectors and as regulators of microtubule dynamics.

Abstract Osmotic stress, caused by the lack of water or by high salinity, is a common environmental problem in roots. Osmotic stress can be reproducibly simulated with the application of solutions of the high-molecular-weight and impermeable polyethylene glycol. Different reactive oxygen species such as singlet oxygen, superoxide and hydrogen peroxide accompany this stress. Among them, singlet oxygen, produced as a byproduct of lipoxygenase activity, was shown to be associated with limiting root growth. To better understand the source and effect of singlet oxygen, its production was followed at the cellular level. Osmotic stress initiated profound changes in plastid morphology and vacuole structure. By confocal and electron microscopy the plastids were shown to be a source of singlet oxygen accompanied by the appearance of multiple small extraplastidic bodies that were also an intense source of singlet oxygen. A marker protein, CRUMPLED LEAF, indicated that these small bodies originated from the plastid outer membrane. Remarkably a type 9 lipoxygenase, LOX5, was shown to change its distribution from uniformly cytoplasmic to a more clumped distribution together with plastids and the small bodies. In addition, oxylipin products of type 9 lipoxygenase increased while products of type 13 lipoxygenases decreased. Inhibition of lipoxygenase by SHAM inhibitor or in down-regulated lipoxygenase lines prevented cells from initiating the cellular responses leading to cell death. In contrast, singlet oxygen scavenging halted terminal cell death. These findings underscore the reversible nature of osmotic stress-induced changes, emphasizing the pivotal roles of lipoxygenases and singlet oxygen in root stress physiology.

There is a strong need to develop technologies that reduce greenhouse gas emissions. Recently, progress was made in engineering the model organism E. coli to grow using CO2 and formate as its only carbon and energy sources using the reductive glycine pathway (rGlyP). Here, we use this engineered strain of E. coli as a host system for the production of polyhydroxybutyrate (PHB), a biologically derived and biodegradable plastic. We confirmed the production of PHB in this strain using Nile red fluorescent microscopy, transmission electron microscopy and GC measurements. Since formate can be efficiently generated from CO2 via electricity, this study serves as a proof of concept for the emerging field of electro-bioproduction and opens a new avenue for the production of carbon-neutral chemicals.