The legume-rhizobium symbiosis represents a unique and beneficial interaction between legumes and nitrogen-fixing soil bacteria, called rhizobia. The initiation and development of this symbiosis is complex and begins with recognition of key molecular signals, produced by the plant and its symbiont, which determine symbiotic compatibility. Current data suggest that the invading symbiont initially triggers plant immune responses that are subsequently suppressed. Hence, there is growing evidence that features of plant immunity may be relevant to symbiotic establishment. RIN4 is a key immune regulator in plants, regulating basal immunity and it is also targeted by pathogen effector proteins that either confer susceptibility or resistance, depending on the presence of the appropriate resistance protein. Surprisingly, we found that RIN4 was rapidly phosphorylated upon rhizobial inoculation of soybean root hairs. RNAi silencing and mutant studies indicate that RIN4 expression is essential for effective nodulation of soybean. RIN4 phosphorylation occurs within a fifteen amino acid motif, which is highly conserved within the Fabales (legumes) and Rosales orders, that comprise species capable of nitrogen-fixing endosymbiosis with rhizobia. RIN4 proteins mutated in this conserved phosphorylation site failed to support efficient soybean nodulation. Phosphorylation of this site is mediated by the symbiotic receptor-like kinase, SymRK, a well-studied member of the symbiotic signaling pathway. The data implicate RIN4 phosphorylation as a key mediator of rhizobial compatibility, interconnecting symbiotic and immune signaling pathways.

Baculoviruses are insect-infecting pathogens with wide applications as biological pesticides, in vitro protein production vehicles and gene therapy tools. Its cylindrical nucleocapsid, which encapsulates and protects the circular double-stranded viral DNA encoding proteins for viral replication and entry, is formed by the highly conserved major capsid protein VP39. The mechanism for VP39 assembly remains unknown. We determined a 3.2 Å electron cryomicroscopy helical reconstruction of an infectious nucleocapsid of Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus, revealing how dimers of VP39 assemble into a 14-stranded helical tube. We show that VP39 comprises a unique protein fold conserved across baculoviruses, which includes a Zinc finger domain and a stabilizing intra-dimer sling. Analysis of sample polymorphism revealed tube flattening could account for different helical geometries. This VP39 reconstruction reveals general principles for baculoviral nucleocapsid assembly.

Prominin-1 (Prom1) is a pentaspan membrane protein that associates with curved regions of the plasma membrane. Prom1 localizes to cholesterol-rich domains and requires membrane cholesterol to support membrane remodeling. Membrane bending activity is particularly evident in photoreceptors, where Prom1 mutations cause loss of outer segment disk homeostasis leading to cone-rod retinal dystrophy (CCRD). However, the mechanistic link between prominin-dependent cholesterol binding, membrane remodeling, and retinal disease remains unclear. Here, we characterize the membrane bending function and specific cholesterol binding activity of Prom1 and its proposed homolog Tweety homology 1 (Ttyh1) in extracellular vesicles (EVs). Prom1 and Ttyh1 induce formation of EVs in cultured mammalian cells that are biophysically similar. Though both proteins bend membranes and form EVs at the plasma membrane, Ttyh1 lacks a stable interaction with cholesterol that is present in Prom1. Correspondingly, Ttyh1 forms EVs that are more deformed than those produced by Prom1. An evolutionarily conserved and retinal disease-associated Prom1 residue (Trp-795) is necessary for cholesterol binding, EV membrane deformation, and efficient trafficking to the plasma membrane. Removal of N-glycan moieties from Prom1 biases the enzyme toward a cholesterol-bound state. We propose that Prom1 and Ttyh1 are both members of a single prominin family of membrane bending proteins, that Ttyh1 is a constitutively active member of this family, and that Prom1 is regulated by cholesterol binding and N-glycosylation. These findings shed light on mechanisms of prominin family function in disease and help unify models of prominin function across diverse cell types.

Binary expression systems like the LexA-LexAop system provide a powerful experimental tool kit to study gene and tissue function in developmental biology, neurobiology and physiology. However, the number of well-defined LexA enhancer trap insertions remains limited. In this study, we present the molecular characterization and initial tissue expression analysis of nearly 100 novel StanEx LexA enhancer traps, derived from the StanEx1 index line. This includes 76 insertions into novel, distinct gene loci not previously associated with enhancer traps or targeted LexA constructs. Additionally, our studies revealed evidence for selective transposase-dependent replacement of a previously-undetected KP element on chromosome III within the StanEx1 genetic background during hybrid dysgenesis, suggesting a molecular basis for the over-representation of LexA insertions at the NK7.1 locus in our screen. Production and characterization of novel fly lines were performed by students and teachers in experiment-based genetics classes within a geographically diverse network of public and independent high schools. Thus, unique partnerships between secondary schools and university-based programs have produced and characterized novel genetic and molecular resources in Drosophila for open-source distribution, and provide paradigms for development of science education through experience-based pedagogy.

In eukaryotes, the essential process of cellular respiration takes place in the cristae of mitochondria. The protein Mic60 is known to stabilize crista junctions; however, how the C-terminal Mitofilin domain of Mic60 mediates cristae-supported respiration remains elusive. Here, we used ancestral sequence reconstruction to generate Mitofilin ancestors up to and including the last opisthokont common ancestor (LOCA). We found that yeast-lineage derived Mitofilin ancestors as far back as the LOCA rescue respiration. By comparing Mitofilin ancestors with different respiratory phenotypes, we identify four residues that explain the difference between respiration functional yeast- and non-functional animal-derived common Mitofilin ancestors. Our results imply that Mitofilin-supported respiration in yeast stems from a conserved mechanism, and provide a foundation for investigating the divergence of candidate crista junction interactions present during the emergence of eukaryotes.

Abstract Cardiolipin is a tetra-acylated di-phosphatidylglycerol lipid enriched in the matrix-facing (inner) leaflet of the mitochondrial inner membrane. Cardiolipin plays an important role in regulating mitochondria function and dynamics. Yet, the mechanisms connecting cardiolipin distribution and mitochondrial protein function remain indirect. In our previous work, we established an in vitro system reconstituting mitochondrial inner membrane fusion mediated by Opa1. We found that the long form of Opa1 (l-Opa1) works together with the proteolytically processed short form (s-Opa1) to mediate fast and efficient membrane fusion. Here, we extend our reconstitution system to generate supported lipid bilayers with asymmetric cardiolipin distribution. Using this system, we find the presence of cardiolipin on the inter-membrane space-facing (outer) leaflet is important for membrane tethering and fusion. We discuss how the presence of cardiolipin in this leaflet may influence protein and membrane properties, and future applications for this approach.