Movement of the plant hormone abscisic acid (ABA) within plants has been documented; however, the molecular mechanisms that regulate ABA transport are not fully understood. By using a modified yeast two-hybrid system, we screened Arabidopsis cDNAs capable of inducing interactions between the ABA receptor PYR/PYL/RCAR and PP2C protein phosphatase under low ABA concentrations. By using this approach, we identified four members of the NRT1/PTR family as candidates for ABA importers. Transport assays in yeast and insect cells demonstrated that at least one of the candidates ABA-IMPORTING TRANSPORTER (AIT) 1, which had been characterized as the low-affinity nitrate transporter NRT1.2, mediates cellular ABA uptake. Compared with WT, the ait1 / nrt1 . 2 mutants were less sensitive to exogenously applied ABA during seed germination and/or postgermination growth, whereas overexpression of AIT1 / NRT1 . 2 resulted in ABA hypersensitivity in the same conditions. Interestingly, the inflorescence stems of ait1 / nrt1 . 2 had a lower surface temperature than those of the WT because of excess water loss from open stomata. We detected promoter activities of AIT1 / NRT1 . 2 around vascular tissues in inflorescence stems, leaves, and roots. These data suggest that the function of AIT1 / NRT1 . 2 as an ABA importer at the site of ABA biosynthesis is important for the regulation of stomatal aperture in inflorescence stems.

Genome integrity is continuously threatened by external stresses and endogenous hazards such as DNA replication errors and reactive oxygen species. The DNA damage checkpoint in metazoans ensures genome integrity by delaying cell-cycle progression to repair damaged DNA or by inducing apoptosis. ATM and ATR (ataxia-telangiectasia-mutated and -Rad3-related) are sensor kinases that relay the damage signal to transducer kinases Chk1 and Chk2 and to downstream cell-cycle regulators. Plants also possess ATM and ATR orthologs but lack obvious counterparts of downstream regulators. Instead, the plant-specific transcription factor SOG1 (suppressor of gamma response 1) plays a central role in the transmission of signals from both ATM and ATR kinases. Here we show that in Arabidopsis, endoreduplication is induced by DNA double-strand breaks (DSBs), but not directly by DNA replication stress. When root or sepal cells, or undifferentiated suspension cells, were treated with DSB inducers, they displayed increased cell size and DNA ploidy. We found that the ATM–SOG1 and ATR–SOG1 pathways both transmit DSB-derived signals and that either one suffices for endocycle induction. These signaling pathways govern the expression of distinct sets of cell-cycle regulators, such as cyclin-dependent kinases and their suppressors. Our results demonstrate that Arabidopsis undergoes a programmed endoreduplicative response to DSBs, suggesting that plants have evolved a distinct strategy to sustain growth under genotoxic stress.

Because of ever-increasing environmental deterioration it is likely that the influx of UV-B radiation (280-320 nm) will increase as a result of the depletion of stratospheric ozone. Given this fact it is essential that we better understand both the rapid and the adaptive responses of plants to UV-B stress. Here, we compare the metabolic responses of wild-type Arabidopsis with that of mutants impaired in flavonoid (transparent testa 4, tt4; transparent testa 5, tt5) or sinapoyl-malate (sinapoylglucose accumulator 1, sng1) biosynthesis, exposed to a short 24-h or a longer 96-h exposure to this photo-oxidative stress. In control experiments we subjected the genotypes to long-day conditions as well as to 24- and 96-h treatments of continuous light. Following these treatments we evaluated the dynamic response of metabolites including flavonoids, sinapoyl-malate precursors and ascorbate, which are well known to play a role in cellular protection from UV-B stress, as well as a broader range of primary metabolites, in an attempt to more fully comprehend the metabolic shift following the cellular perception of this stress. Our data reveals that short-term responses occur only at the level of primary metabolites, suggesting that these effectively prime the cell to facilitate the later production of UV-B-absorbing secondary metabolites. The combined results of these studies together with transcript profiles using samples irradiated by 24-h UV-B light are discussed in the context of current models concerning the metabolic response of plants to the stress imposed by excessive UV-B irradiation.

Abstract Leaf growth is a complex developmental process that is continuously fine-tuned by the environment. Various abiotic stresses, including mild drought stress, have been shown to inhibit leaf growth in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), but the underlying mechanisms remain largely unknown. Here, we identify the redundant Arabidopsis transcription factors ETHYLENE RESPONSE FACTOR5 (ERF5) and ERF6 as master regulators that adapt leaf growth to environmental changes. ERF5 and ERF6 gene expression is induced very rapidly and specifically in actively growing leaves after sudden exposure to osmotic stress that mimics mild drought. Subsequently, enhanced ERF6 expression inhibits cell proliferation and leaf growth by a process involving gibberellin and DELLA signaling. Using an ERF6-inducible overexpression line, we demonstrate that the gibberellin-degrading enzyme GIBBERELLIN 2-OXIDASE6 is transcriptionally induced by ERF6 and that, consequently, DELLA proteins are stabilized. As a result, ERF6 gain-of-function lines are dwarfed and hypersensitive to osmotic stress, while the growth of erf5erf6 loss-of-function mutants is less affected by stress. Besides its role in plant growth under stress, ERF6 also activates the expression of a plethora of osmotic stress-responsive genes, including the well-known stress tolerance genes STZ, MYB51, and WRKY33. Interestingly, activation of the stress tolerance genes by ERF6 occurs independently from the ERF6-mediated growth inhibition. Together, these data fit into a leaf growth regulatory model in which ERF5 and ERF6 form a missing link between the previously observed stress-induced 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid accumulation and DELLA-mediated cell cycle exit and execute a dual role by regulating both stress tolerance and growth inhibition.

ABSTRACT In gene-trap screening of plant genomes, promoterless reporter constructs are often expressed without trapping of annotated gene promoters. The molecular basis of this phenomenon, which has been interpreted as the trapping of cryptic promoters, is poorly understood. In this study, using Arabidopsis gene-trap lines in which a firefly luciferase ( LUC ) open reading frame (ORF) was expressed from intergenic regions, we found that cryptic promoter activation occurs by at least two different mechanisms: one is the capturing of pre-existing promoter-like chromatin marked by H3K4me3 and H2A.Z, and the other is the entirely new formation of promoter chromatin near the 5’ end of the inserted LUC ORF. To discriminate between these, we denoted the former mechanism as “cryptic promoter capturing”, and the latter one as “promoter de novo origination”. The latter finding raises a question as to how inserted LUC ORF sequence is involved in this phenomenon. To examine this, we performed a model experiment with chimeric LUC genes in transgenic plants. Using Arabidopsis psaH1 promoter– LUC constructs, we found that the functional core promoter region, where transcription start sites (TSS) occur, cannot simply be determined by the upstream nor core promoter sequences; rather, its positioning proximal to the inserted LUC ORF sequence was more critical. This result suggests that the insertion of the LUC ORF sequence alters the local distribution of the TSS in the plant genome. The possible impact of the two types of cryptic promoter activation mechanisms on plant genome evolution and endosymbiotic gene transfer is discussed.

Summary Through symbiosis, subunits of chloroplastic complexes are encoded in distinct genomes in the nucleus and organelles. For plant cells to maintain the stoichiometry of subunits and respond to environmental cues, orchestration of the nuclear and organellar gene expression systems is an essential task. However, the mechanism maintaining chloroplastic complexes remains largely enigmatic. Here, we simultaneously assessed the translatomes of the chloroplast and the cytoplasm via ribosome profiling and revealed the differential mechanisms employed by these two systems to cope with acute light/dark transitions: in chloroplasts, translational regulation is employed, whereas in the cytoplasm, control of the mRNA abundance is employed. This strategy is widely conserved in land plants ( Arabidopsis and the grass plant Brachypodium ) and green algae ( Chlamydomonas ). The translational control in chloroplasts may be established on the basis of organelle symbiosis; the primitive chloroplast in Glaucophyta ( Cyanophora ) was found to have already acquired translational control, whereas cyanobacteria ( Synechocystis ) employ control of the mRNA abundance. Moreover, treatment with photosynthetic electron transport inhibitors indicated that reduced plastoquinones may trigger translational activation in chloroplasts. Our work reveals an early origin of coordination of chloroplast and nuclear/cytoplasmic gene expression upon light exposure.