Abstract Nitrogen (N) is an essential macronutrient for crop growth and yield, but excessive application of N fertilizer has caused serious environmental pollution and greatly increased the cost of agricultural production. One of the effective and economical solutions to this dilemma is to improve the N use efficiency (NUE) of crops. Although some components involved in regulating NUE have been identified, the underlying molecular mechanism remains largely elusive in rice. Here we report that the OsNLP3 (NIN-like protein 3) is an important regulator in NUE and grain yield under nitrate-sufficient conditions. Both NUE and grain yield were significantly improved by enhanced OsNLP3 expression in the field, but reduced in osnlp3 mutants. The expression of OsNLP3 responds to both nitrate and ammonium, while OsNLP3 nuclear retention is only induced by nitrate, not by ammonium. OsNLP3 regulates the expression of a set of genes involved in N transport and assimilation by directly binding to the nitrate-responsive cis -element in the promoters of these genes. Our study demonstrates that OsNLP3 is significant for the regulation of NUE and grain yield, particularly in nitrate-rich conditions, thus providing a candidate for improving NUE and grain yield in rice.

Summary Lateral roots (LRs) are crucial for plants to sense environmental signals in addition to water and nutrient absorption. Auxin is key for LR formation, but the underlying mechanisms are not fully understood. Here we report that Arabidopsis ERF1 inhibits LR emergence by promoting local auxin accumulation with altered distribution and regulating auxin signaling. Loss of ERF1 increases LR density compared with the wild type, whereas ERF1 overexpression causes the opposite phenotype. ERF1 enhances auxin transport by upregulating PIN1 and AUX1 , resulting in excessive auxin accumulation in the endodermal, cortical, and epidermal cells surrounding LR primordia. Furthermore, ERF1 represses ARF7 transcription, consequently affecting the expression of cell wall remodeling genes that facilitate LR emergence. Together, our study reveals that ERF1 integrates environmental signals to promote local auxin accumulation with altered distribution and repress ARF7 , consequently inhibiting LR emergence in adaptation to fluctuating environments. Highlights ERF1 functions as a negative regulator of lateral root emergence ERF1 enhances rootward and shootward auxin transport by directly upregulating the expression of PIN1 and AUX1 , resulting in high local auxin accumulation and abnormal auxin distribution in the endodermal, cortical, and epidermal cells overlying lateral root primordia ERF1 represses the transcription of ARF7 and cell wall remodeling genes in lateral root emergence

Abstract Rice tillers are a major yield component regulated by phytohormones and nutrients. How nutrients interact with phytohormones to control tillering remains largely elusive. Here, we report a novel mechanism by which the transcription factor NIN-like protein 4 (OsNLP4) integrates nitrogen (N)-iron (Fe) nutrient signals to promote tillering by repressing OsD3 in strigolactone (SL) signaling. We show that the N-Fe balance modulates OsNLP4 nuclear accumulation, which is increased by Fe through H 2 O 2 reduction. Furthermore, OsNLP4 upregulates multiple H 2 O 2 scavenging genes, providing a positive regulatory loop for OsNLP4 nuclear accumulation. Our findings uncover a fundamental mechanism by which the OsNLP4-OsD3 module integrates N-Fe nutrient signals to downregulate SL signaling and thereby promote rice tillering and yield, thus facilitating sustainable agriculture worldwide.

Nitrogen (N) is one of the key essential macronutrients that affects rice growth and yield. Inorganic N fertilizers are excessively used to boost yield and generate serious collateral environmental pollution. Therefore, improving crop N use efficiency (NUE) is highly desirable and has been a major endeavor in crop improvement. However, only a few regulators have been identified that can be used to improve NUE in rice to date. Here we show that the NIN-like protein OsNLP4 significantly improves the rice NUE and yield. Field trials consistently showed that loss-of-OsNLP4 dramatically reduced yield and NUE compared with wild type under different N regimes. In contrast, the OsNLP4 overexpression lines remarkably increased yield by 30% and NUE by 47% under moderate N level compared with wild type. Transcriptomic analyses revealed that OsNLP4 orchestrates the expression of a majority of known N uptake, assimilation and signaling genes by directly binding to the nitrate-responsive cis-element in their promoters to regulate their expression. Moreover, overexpression of OsNLP4 can recover the phenotype of Arabidopsis nlp7 mutant and enhance its biomass. Our results demonstrate that OsNLP4 is a master regulator of NUE in rice and sheds light on crop NUE improvement.

Abstract Rice panicles, a major component of yield, are regulated by phytohormones and nutrients. How mineral nutrients promote panicle architecture remains largely unknown. Here, we report that NIN-LIKE PROTEIN3 and 4 (OsNLP3/4) are crucial positive regulators of rice panicle architecture in response to nitrogen (N). Loss-of- function mutants of either OsNLP3 or OsNLP4 produced smaller panicles with reduced primary and secondary branches and fewer grains compared with wild type, whereas their overexpression plants showed the opposite phenotypes. Notably, the OsNLP3/4-regulated panicle architecture was positively correlated with N availability. OsNLP3/4 directly bind to the promoter of OsRFL and activate its expression to promote inflorescence meristem development. Furthermore, OsRFL activates OsMOC1 expression by binding to its promoter. Our findings reveal the novel N- responsive OsNLP3/4-OsRFL-OsMOC1 module that integrates N availability to regulate panicle architecture, shedding light on how nutrient signals regulate panicle architecture and providing candidate targets for the improvement of crop yield.

Abstract Nutrients must be balanced for optimal plant growth. However, the potential significance of balanced nitrogen-iron (N-Fe) for improving crop yield and nitrogen use efficiency (NUE) has never been addressed. Here, we show that balanced N-Fe substantially increases tiller number and boosts yield and NUE in rice and wheat. NIN-like protein 4 plays a pivotal role in maintaining the N-Fe balance by coordinately regulating the expression of multiple genes in N and Fe metabolism and signaling. Moreover, we show that foliar spraying of balanced N-Fe at the tillering stage can effectively increase rice tillers, yield and NUE in the field, which can be reproduced with wheat. Our findings provide guidelines for innovative fertilization to reduce N fertilizer input and promote yield, thus benefitting environment-friendly and sustainable agriculture worldwide.

This paper considers one-warehouse multiple-retailer inventory systems. The retailers are non-identical and face Poisson demand processes. We consider an integer-ratio policy in which each retailer orders in a fixed interval that is either an integer or integer-ratio multiple of the warehouse's reorder interval. Base-stock policy and virtual allocation are assumed. We show that cost evaluations at the retailers are completely separable, leading to a simple approach to develop an optimal integer-ratio policy for a two-level distribution system with heterogeneous retailers.