ABSTRACT Xylem patterning in the root is established through the creation of opposing gradients of miRNAs and their targets, enabled by the cell-to-cell spread of the former. The miRNAs involved in xylem patterning, miR165/6, move through plasmodesmata, but how their trafficking is regulated remains elusive. Here, we describe that the receptor-like kinases BAM1/2 are required for the intercellular movement of miR165/6 in the stele and hence proper xylem patterning in the root.

ABSTRACT In plants, establishment of de novo DNA methylation is regulated by the RNA-directed DNA methylation (RdDM) pathway. RdDM machinery is known to concentrate in the Cajal body, but the biological significance of this localization has remained elusive. Here, we show that the anti-viral methylation of the Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV) genome occurs specifically in the Cajal body of Nicotiana benthamiana cells. Methylation of the viral genome is countered by a virus-encoded protein, V2, which interacts with the central RdDM component AGO4, interfering with its binding to the viral DNA; Cajal body localization of the V2-AGO4 interaction is required for the viral protein to exert this function. Taken together, our results draw a long sought-after functional connection between RdDM, the Cajal body, and anti-viral DNA methylation, paving the way for a deeper understanding of DNA methylation and anti-viral defences in plants.

ABSTRACT Geminiviruses are causal agents of devastating diseases in crops. Geminiviruses have circular single-stranded (ss)DNA genomes that are replicated in the nucleus of the infected plant cell through double-stranded (ds)DNA intermediates by the plant’s DNA replication machinery; which host DNA polymerase mediates geminiviral multiplication, however, has so far remained elusive. Here, we show that subunits of the nuclear replicative DNA polymerases α and δ physically interact with the geminivirus-encoded replication enhancer protein, C3, and are required for viral replication. Our results suggest that while DNA polymerase α is essential to generate the viral dsDNA intermediate, DNA polymerase δ mediates the synthesis of new copies of the geminiviral ssDNA genome, and that the virus-encoded C3 acts selectively recruiting DNA polymerase δ over ε to favour a productive replication.

ABSTRACT Geminiviruses are plant viruses with limited coding capacity. Geminivirus-encoded proteins were identified applying a 10-kDa arbitrary threshold; however, it is increasingly clear that small proteins play relevant roles in biological systems, which calls for the reconsideration of this criterion. Here, we show that geminiviral genomes contain additional ORFs. Using tomato yellow leaf curl virus, we demonstrate that some of these novel ORFs are expressed during the infection, and that the encoded proteins display specific subcellular localizations. We prove that the largest of these new ORFs, which we name V3, is required for full viral infection, and that the V3 protein localizes in the Golgi apparatus and functions as an RNA silencing suppressor. These results imply that the repertoire of geminiviral proteins can be expanded, and that getting a comprehensive overview of the molecular plant-geminivirus interactions will require the detailed study of small ORFs so far neglected.

ABSTRACT Pathogens modulate plant cell structure and function by secreting effectors into host tissues. Effectors typically function by associating with host molecules and modulating their activities. This study aimed to identify the host processes targeted by the RXLR class of host-translocated effectors of the potato blight pathogen Phytophthora infestans. To this end, we performed an in planta protein-protein interaction screen by transiently expressing P. infestans RXLR effectors in Nicotiana benthamiana leaves followed by co-immunoprecipitation (co-IP) and liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). This screen generated an effector-host protein interactome matrix of 59 P. infestans RXLR effectors x 586 N. benthamiana proteins. Classification of the host interactors into putative functional categories revealed over 35 biological processes possibly targeted by P. infestans. We further characterized the PexRD12/31 family of RXLR-WY effectors, which associate and co-localize with components of the vesicle trafficking machinery. One member of this family, PexRD31, increased the number of FYVE positive vesicles in N. benthamiana cells. FYVE positive vesicles also accumulated in leaf cells near P. infestans hyphae, indicating that the pathogen may enhance endosomal trafficking during infection. We anticipate that the interactome dataset we generated will serve as a useful community resource for functional studies of P. infestans effectors and of effector-targeted host processes.

ABSTRACT Microbial pathogens and other parasites can modify the development of their hosts, either as a target or a side effect of their virulence activities. The plant pathogenic bacterium Ralstonia solanacearum , causal agent of the devastating bacterial wilt disease, is a soil-borne microbe that invades host plants through their roots, and later proliferates in xylem vessels. In this work, we studied the early stages of R. solanacearum infection in the model plant Arabidopsis thaliana , using an in vitro infection system. In addition to the previously reported inhibition of primary root length and increase in root hair formation at the root tip, we observed an earlier xylem differentiation during R. solanacearum infection that occurs in a HrpG-dependent manner, suggesting that the pathogen actively promotes the development of the vascular system upon invasion of the root. Moreover, we found that the phytohormone auxin, of which the accumulation is promoted by the bacterial infection, is required for the R. solanacearum -triggered induction of root hair formation, but not earlier xylem differentiation. Altogether, our results shed light on the capacity of R. solanacearum to induce alterations of root developmental pathways and on the role of auxin in this process.

Peptide hormones perceived in the cell surface via receptor proteins enable cell-to-cell communication and act in multiple biological processes through the activation of intracellular signaling. Even though Arabidopsis is predicted to have more than 1,000 secreted peptides, the biological relevance of the majority of these is yet to be established. Here, we demonstrate that PLANT NATRIURETIC PEPTIDE A (PNP-A), a functional analog to vertebrate atrial natriuretic peptides, antagonizes the salicylic acid (SA)-mediated cell death in the Arabidopsis lesion-stimulating disease 1 (lsd1) mutant. While loss of PNP-A potentiates SA signaling, exogenous application of the PNP-A synthetic peptide or overexpression of PNP-A significantly compromises the SA-mediated cell death. Moreover, we identified a plasma membrane-localized receptor-like protein, which we name PNPAR (for PNP-A receptor), that binds PNP-A and is required to counteract SA responses. Our work identifies a novel peptide-receptor pair which modulates SA responses in Arabidopsis.

ABSTRACT Jasmonates (JAs) are phytohormones that finely regulate critical biological processes, including plant development and defense. JASMONATE ZIM-DOMAIN (JAZ) proteins are crucial keeping JA-responsive genes in a repressed state. In the presence of JA-Ile, JAZ repressors are ubiquitinated and targeted for degradation by the ubiquitin/proteasome system, allowing the activation of the downstream transcription factors and, consequently, the activation of JA-responsive genes. A growing body of evidence has shown that JA signalling is crucial in defending against plant viruses and their insect vectors. Here, we describe the interaction of C2 proteins from two geminiviruses from the genus Begomovirus, tomato yellow curl Sardinia virus (TYLCSaV) and tomato yellow leaf curl virus (TYLCV), with the transcriptional repressor JAZ8 from Arabidopsis thaliana and its closest orthologue in tomato, SlJAZ9. Both JAZ and C2 proteins colocalize in the nucleus, forming discrete nuclear speckles. Overexpression of JAZ8 did not lead to altered responses to TYLCV infection; however, knock-down of JAZ8 favours the geminiviral infection in plants. Low levels of JAZ8 likely affect the viral infection specifically since JAZ8 -silenced plants do not display developmental phenotypes nor present differences in their interaction with the viral insect vector. Our results show that JAZ8 interacts with geminiviral C2 proteins and exerts an anti-geminiviral effect.

SUMMARY Viruses are obligate intracellular parasites with limited proteomes that heavily rely on the cell molecular machinery for their multiplication and spread. Plant viruses frequently cause symptoms through interference with host developmental programs. Despite the agricultural relevance of symptom development in virus-infected crops, the molecular mechanisms underlying these viral effects remain elusive. Here, we show that the symptoms triggered by tomato yellow leaf curl virus (TYLCV) depend on the physical interaction between the host-mimicking domain of a virus-encoded protein, C4, and a plant-specific family of RCC1-like domain-containing (RLD) proteins. C4 outcompetes endogenous interactors of RLDs, disrupting RLD function in the regulation of endomembrane trafficking and polar auxin transport, ultimately leading to the developmental alterations recognized as symptoms of the viral infection. Importantly, symptoms do not have a detectable effect on the performance of the virus in the plant host, but they serve as attractants for the viral insect vector, the whitefly Bemisia tabaci , hence promoting pathogen spread. Our work uncovers the molecular underpinnings of the viral manipulation that leads to symptom development in the TYLCV-tomato pathosystem, and suggests that symptoms have evolved as a strategy to promote viral transmission by the insect vector. Given that most plant viruses are insect-transmitted, the principles described here might have broad applicability to crop-virus interactions.

RNA interference (RNAi) in plants can move from cell to cell, allowing for systemic spread of an anti-viral immune response. How this cell-to-cell spread of silencing is regulated is currently unknown. Here, we describe that the C4 protein from Tomato yellow leaf curl virus has the ability to inhibit the intercellular spread of RNAi. Using this viral protein as a probe, we have identified the receptor-like kinase (RLK) BARELY ANY MERISTEM 1 (BAM1) as a positive regulator of the cell-to-cell movement of RNAi, and determined that BAM1 and its closest homologue, BAM2, play a redundant role in this process. C4 interacts with the intracellular domain of BAM1 and BAM2 at the plasma membrane and plasmodesmata, the cytoplasmic connections between plant cells, interfering with the function of these RLKs in the cell-to-cell spread of RNAi. Our results identify BAM1 as an element required for the cell-to-cell spread of RNAi and highlight that signalling components have been co-opted to play multiple functions in plants.