Abstract The basidiomycete Ustilago maydis is a well-characterized model organism for studying pathogen-host interactions and of great interest for a broad spectrum of biotechnological applications. To facilitate research and enable applications, in this study, three luminescence-based and one enzymatic quantitative reporter were implemented and characterized. We generated dual-reporter constructs for ratiometric normalization that can be used as a fast-screening platform for reporter gene expression, applicable to in vitro and in vivo detection. Furthermore, we constructed and implemented synthetic bi-directional promoters, that enable bicisitronic expression for gene expression studies and engineering strategies. These non-invasive, quantitative reporters and expression tools will widen significantly the application range of biotechnology in U. maydis and enable in planta detection of fungal infection.

DELLA transcriptional regulators are central components in the control of plant body form in response to the environment. This is considered to be mediated by changes in the metabolism of the hormones gibberellins (GAs), which promote the degradation of DELLAs. However, here we show that warm temperature or shade reduced the stability of a GA-insensitive DELLA allele in Arabidopsis. Furthermore, the degradation of DELLA induced by the warmth anticipated changes in GA levels and depended on the E3 ubiquitin ligase CONSTITUTIVELY PHOTOMORPHOGENIC1 (COP1). COP1 enhanced the degradation of normal and GA-insensitive DELLA alleles when co-expressed in N. benthamiana. DELLA proteins physically interacted with COP1 in yeast, mammalian and plant cells. This interaction was enhanced by the COP1 complex partner SUPRESSOR OF phyA-105 1 (SPA1). The level of ubiquitination of DELLA was enhanced by COP1 and COP1 ubiquitinated DELLA proteins in vitro. We propose that DELLAs are destabilized not only by the canonical GA-dependent pathway but also by COP1 and that this control is relevant for growth responses to shade and warm temperature.

Abtract Eukaryotic microorganisms transcribe monocistronic mRNAs to encode proteins. For synthetic biological approaches like metabolic engineering, precise co-expression of several proteins in space and time is advantageous. A straightforward approach is the application of viral 2A peptides to design synthetic polycistronic mRNAs in eukaryotes. Here, we establish such a system in the well-studied model microorganism Ustilago maydis. Using two fluorescence reporter proteins, we compared the activity of five viral 2A peptides. Their activity was evaluated in vivo using fluorescence microscopy and validated using fluorescence resonance energy transfer (FRET). Activity ranged from 20 to 100% and the best performing 2A peptide was P2A from porcine teschovirus-1. As proof of principle, we followed regulated gene expression efficiently over time and synthesised a tri-cistronic mRNA encoding biosynthetic enzymes to produce mannosylerythritol lipids (MELs). In essence, we evaluated 2A peptides in vivo and demonstrated the applicability of 2A peptide technology for U. maydis in basic and applied science.