The Arabidopsis LEAFY COTYLEDON1 (LEC1) gene is required for the specification of cotyledon identity and the completion of embryo maturation. We isolated the LEC1 gene and showed that it functions at an early developmental stage to maintain embryonic cell fate. The LEC1 gene encodes a transcription factor homolog, the CCAAT box-binding factor HAP3 subunit. LEC1 RNA accumulates only during seed development in embryo cell types and in endosperm tissue. Ectopic postembryonic expression of the LEC1 gene in vegetative cells induces the expression of embryo-specific genes and initiates formation of embryo-like structures. Our results suggest that LEC1 is an important regulator of embryo development that activates the transcription of genes required for both embryo morphogenesis and cellular differentiation.

The control of cell proliferation during organogenesis plays an important role in initiation, growth, and acquisition of the intrinsic size of organs in higher plants. To understand the developmental mechanism that controls intrinsic organ size by regulating the number and extent of cell division during organogenesis, we examined the function of the Arabidopsis regulatory gene AINTEGUMENATA (ANT). Previous observations revealed that ANT regulates cell division in integuments during ovule development and is necessary for floral organ growth. Here we show that ANT controls plant organ cell number and organ size throughout shoot development. Loss of ANT function reduces the size of all lateral shoot organs by decreasing cell number. Conversely, gain of ANT function, via ectopic expression of a 35S::ANT transgene, enlarges embryonic and all shoot organs without altering superficial morphology by increasing cell number in both Arabidopsis and tobacco plants. This hyperplasia results from an extended period of cell proliferation and organ growth. Furthermore, cells ectopically expressing ANT in fully differentiated organs exhibit neoplastic activity by producing calli and adventitious roots and shoots. Based on these results, we propose that ANT regulates cell proliferation and organ growth by maintaining the meristematic competence of cells during organogenesis.

We isolated mutations in Arabidopsis to understand how the female gametophyte controls embryo and endosperm development. For the DEMETER (DME) gene, seed viability depends only on the maternal allele. DME encodes a large protein with DNA glycosylase and nuclear localization domains. DME is expressed primarily in the central cell of the female gametophyte, the progenitor of the endosperm. DME is required for maternal allele expression of the imprinted MEDEA (MEA) Polycomb gene in the central cell and endosperm. Ectopic DME expression in endosperm activates expression of the normally silenced paternal MEA allele. In leaf, ectopic DME expression induces MEA and nicks the MEA promoter. Thus, a DNA glycosylase activates maternal expression of an imprinted gene in the central cell.

The Arabidopsis LEAFY COTYLEDON 2 ( LEC2 ) gene is a central embryonic regulator that serves critical roles both early and late during embryo development. LEC2 is required for the maintenance of suspensor morphology, specification of cotyledon identity, progression through the maturation phase, and suppression of premature germination. We cloned the LEC2 gene on the basis of its chromosomal position and showed that the predicted polypeptide contains a B3 domain, a DNA-binding motif unique to plants that is characteristic of several transcription factors. We showed that LEC2 RNA accumulates primarily during seed development, consistent with our finding that LEC2 shares greatest similarity with the B3 domain transcription factors that act primarily in developing seeds, VIVIPAROUS1/ABA INSENSITIVE3 and FUSCA3. Ectopic, postembryonic expression of LEC2 in transgenic plants induces the formation of somatic embryos and other organ-like structures and often confers embryonic characteristics to seedlings. Together, these results suggest that LEC2 is a transcriptional regulator that establishes a cellular environment sufficient to initiate embryo development.

CELL WALL STRUCTURE AND RIPENING-ASSOCIATED CHANGES .. ......... 676 Cellulose 677 Hemicellulose 678 Pectin .... ........ 679 Other Cell Wall Components 681 CELL WALL HYDRO LASES ....... ....... 681 Polygalacturonase .. , .. .. ..... ... .. ... .. ...... .. 682 Pectinmethylesterase..... ......... .. .. 686 Cx-Cellulase ......... 687 Other Cell Wall Hydrolases 688 CELL WALL HYDROLASE FUNCTION DURING FRUIT RIPENING 689 Physical. Genetic. and Biochemical Modification of Cell Wall Hydrolase Activity 689 Molecular Genetic Modification of Cell Wall Hydrolase Activity . 690 FUTURE PROSPECTS .. .. ... .. .. .. ........ .. ...... .. 695

MEDEA (MEA) is an Arabidopsis Polycomb group gene that is imprinted in the endosperm. The maternal allele is expressed and the paternal allele is silent. MEA is controlled by DEMETER (DME), a DNA glycosylase required to activate MEA expression, and METHYLTRANSFERASE I (MET1), which maintains CG methylation at the MEA locus. Here we show that DME is responsible for endosperm maternal-allele-specific hypomethylation at the MEA gene. DME can excise 5-methylcytosine in vitro and when expressed in E. coli. Abasic sites opposite 5-methylcytosine inhibit DME activity and might prevent DME from generating double-stranded DNA breaks. Unexpectedly, paternal-allele silencing is not controlled by DNA methylation. Rather, Polycomb group proteins that are expressed from the maternal genome, including MEA, control paternal MEA silencing. Thus, DME establishes MEA imprinting by removing 5-methylcytosine to activate the maternal allele. MEA imprinting is subsequently maintained in the endosperm by maternal MEA silencing the paternal allele.

Parent-of-origin-specific (imprinted) gene expression is regulated in Arabidopsis thaliana endosperm by cytosine demethylation of the maternal genome mediated by the DNA glycosylase DEMETER, but the extent of the methylation changes is not known. Here, we show that virtually the entire endosperm genome is demethylated, coupled with extensive local non-CG hypermethylation of small interfering RNA-targeted sequences. Mutation of DEMETER partially restores endosperm CG methylation to levels found in other tissues, indicating that CG demethylation is specific to maternal sequences. Endosperm demethylation is accompanied by CHH hypermethylation of embryo transposable elements. Our findings demonstrate extensive reconfiguration of the endosperm methylation landscape that likely reinforces transposon silencing in the embryo.

The Arabidopsis FWA gene was initially identified from late-flowering epigenetic mutants that show ectopic FWA expression associated with heritable hypomethylation of repeats around transcription starting sites. Here, we show that wild-type FWA displays imprinted (maternal origin–specific) expression in endosperm. The FWA imprint depends on the maintenance DNA methyltransferase MET1, as is the case in mammals. Unlike mammals, however, the FWA imprint is not established by allele-specific de novo methylation. It is established by maternal gametophyte–specific gene activation, which depends on a DNA glycosylase gene, DEMETER . Because endosperm does not contribute to the next generation, the activated FWA gene need not be silenced again. Double fertilization enables plants to use such “one-way” control of imprinting and DNA methylation in endosperm.

Most of the transcription factors (TFs) responsible for controlling seed development are not yet known. To identify TF genes expressed at specific stages of seed development, including those unique to seeds, we used Affymetrix GeneChips to profile Arabidopsis genes active in seeds from fertilization through maturation and at other times of the plant life cycle. Seed gene sets were compared with those expressed in prefertilization ovules, germinating seedlings, and leaves, roots, stems, and floral buds of the mature plant. Most genes active in seeds are shared by all stages of seed development, although significant quantitative changes in gene activity occur. Each stage of seed development has a small gene set that is either specific at the level of the GeneChip or up-regulated with respect to genes active at other stages, including those that encode TFs. We identified 289 seed-specific genes, including 48 that encode TFs. Seven of the seed-specific TF genes are known regulators of seed development and include the LEAFY COTYLEDON (LEC) genes LEC1, LEC1-LIKE, LEC2, and FUS3. The rest represent different classes of TFs with unknown roles in seed development. Promoter-beta-glucuronidase (GUS) fusion experiments and seed mRNA localization GeneChip datasets showed that the seed-specific TF genes are active in different compartments and tissues of the seed at unique times of development. Collectively, these seed-specific TF genes should facilitate the identification of regulatory networks that are important for programming seed development.

Ovules play a central role in plant reproduction, generating the female gametophyte within sporophytic integuments. When fertilized, the integuments differentiate into the seed coat and support the development of the embryo and endosperm. Mutations in the AINTEGUMENTA (ANT) locus of Arabidopsis have a profound effect on ovule development. Strong ant mutants have ovules that fail to form integuments or a female gametophyte. Flower development is also altered, with a random reduction of organs in the outer three whorls. In addition, organs present in the outer three floral whorls often have abnormal morphology. Ovules from a weak ant mutant contain both inner and outer integuments but generally fail to produce a functional female gametophyte. We isolated the ANT gene by using a mutation derived by T-DNA insertional mutagenesis. ANT is a member of a gene family that includes the floral homeotic gene APETALA2 (AP2). Like AP2, ANT contains two AP2 domains homologous with the DNA binding domain of ethylene response element binding proteins. ANT is expressed most highly in developing flowers but is also expressed in vegetative tissue. Taken together, these results suggest that ANT is a transcription factor that plays a critical role in regulating ovule and female gametophyte development.