An extra sugar protects Many microbial pathogens produce proteins that are toxic to the cells that they are targeting. Broad-leaved plants are susceptible to NLP (necrosis and ethylene-inducing peptide 1–like protein) toxins. Lenarčič et al. identified the receptors for NLP toxins to be GIPC (glycosylinositol phosphorylceramide) sphingolipids (see the Perspective by Van den Ackerveken). Their findings reveal why these toxins only attack broad-leaved plants (so-called eudicots): If the sphingolipid carries just two hexoses, as is the case for eudicots, the toxin binds and causes cell lysis. But in monocots with sphingolipids that have three hexoses, the toxin is ineffective. Science , this issue p. 1431 ; see also p. 1383

Abstract The plant plasma membrane (PM) is an essential barrier between the cell and the external environment. The PM is crucial for signal perception and transmission. It consists of an asymmetrical lipid bilayer made up of three different lipid classes: sphingolipids, sterols and phospholipids. The most abundant sphingolipids in the plant PM are the Glycosyl Inositol Phosphoryl Ceramides (GIPCs), representing up to 40% of total sphingolipids, assumed to be almost exclusively in the outer leaflet of the PM. In this study, we investigated the structure of GIPCs and their role in membrane organization. Since GIPCs are not commercially available, we developed a protocol to extract and isolate GIPC-enriched fractions from eudicots (cauliflower and tobacco) and monocots (leek and rice). Lipidomic analysis confirmed the presence of different long chain bases and fatty acids. The glycan head groups of the different GIPC series from monocots and dicots were analysed by GC-MS showing different sugar moieties. Multiple biophysics tools namely Langmuir monolayer, ζ-Potential, light scattering, neutron reflectivity, solid state 2 H-NMR and molecular modelling were used to investigate the physical properties of the GIPCs, as well as their interaction with free and conjugated phytosterols. We showed that GIPCs increase the thickness and electronegativity of model membranes, interact differentially with the phytosterols species and regulate the gel-to-fluid phase transition during temperature variations.

Abstract Bacteria-derived lipopeptides are immunogenic triggers of host defenses in metazoans and plants. Root-associated rhizobacteria produce cyclic lipopeptides that activate systemically induced resistance (IR) against microbial infection in various plants. How these molecules are perceived by plant cells remains elusive. Here, we reveal that immunity activation in Arabidopsis thaliana by the lipopeptide elicitor surfactin is mediated by docking into specific sphingolipid-enriched domains and relies on host membrane deformation and subsequent activation of mechanosensitive ion channels. This mechanism leads to host defense potentiation and resistance to the necrotroph B. cinerea but is distinct from host pattern recognition receptor-mediated immune activation and reminiscent of damage-induced plant immunity.

ABSTRACT Sphingolipids are ubiquitous, highly diverse molecules constituting at least 40% of plant plasma membranes. Initially known as modulators of membrane integrity, they now emerge as important players in plant responses to (a)biotic stresses. The interaction between Arabidopsis thaliana and the bacterium Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 AvrRpm1 ( Pst AvrRpm1 ) culminates in the activation of a programmed cell death known as the hypersensitive response, which is part of the plant immune response. In this study, we showed that the co-infiltration of Pst AvrRpm1 and sphinganine (d18:0) in Arabidopsis leaves suppress the hypersensitive response. This suppression phenotype is also observed with bacteria carrying the effectors AvrB and AvrPphB but not with the ones carrying AvrRpt2 and AvrRps4. Sphingolipid-induced hypersensitive response suppression by Pst AvrRpm1 is correlated with the down-regulation of the gene AtNMT1 encoding a N -myristoyltransferase. d18:0 does not have a direct antibacterial effect and its co-infiltration in plants does not display typical signs of immune response such as activation of salicylic acid signaling pathway and extracellular reactive oxygen species production. Biophysical studies showed that d18:0 interacts with plant plasma membrane lipids. More specifically, d18:0 disturbs plant plasma membrane organization and mechanical properties. Our results demonstrate that sphingolipids play an important role in plant resistance, especially by interfering with the plasma membrane organization and effector localization and thus disturbing their function and subsequent immune responses.

In eukaryotes, membrane contact sites (MCS) allow direct communication between organelles. Plants have evolved unique MCS, the plasmodesmata intercellular pores, which combine endoplasmic reticulum (ER) - plasma membrane (PM) contacts with regulation of cell-to-cell signalling. The molecular mechanism and function of membrane tethering within plasmodesmata remains unknown. Here we show that the Multiple C2 domains and Transmembrane region Protein (MCTP) family, key regulators of cell-to-cell signalling in plants, act as ER - PM tethers specifically at plasmodesmata. We report that MCTPs are core plasmodesmata proteins that insert into the ER via their transmembrane region whilst their C2 domains dock to the PM through interaction with anionic phospholipids. A mctp3/4 loss-of-function mutant induces plant developmental defects while MCTP4 expression in a yeast Δtether mutant partially restores ER-PM tethering. Our data suggest that MCTPs are unique membrane tethers controlling both ER-PM contacts and cell-cell signalling.

Abstract Bacillus velezensis is considered as model species belonging to the so-called B. subtilis complex that typically evolved to dwell in the soil rhizosphere niche and establish intimate association with plant roots. This bacterium provides protection to its natural host against diseases and represents one of the most promising biocontrol agents. However, the molecular basis of the cross-talk that this bacterium establishes with its natural host has been poorly investigated. We show here that these plant-associated bacteria have evolved some polymer-sensing system to perceive their host and that in response, they increase the production of the surfactin-type lipopeptide. Furthermore, we demonstrate that surfactin synthesis is favoured upon growth on root exudates and that this lipopeptide is a key component used by the bacterium to optimize biofilm formation, motility and early root colonization. In this specific nutritional context, the bacterium also modulates qualitatively the pattern of surfactin homologues co-produced in planta and mainly forms variants that are the most active at triggering plant immunity. Surfactin represents a shared good as it reinforces the defensive capacity of the host. Importance Within the plant-associated microbiome, some bacterial species are of particular interest due to the disease protective effect they provide via direct pathogen suppression and/or stimulation of host immunity. While these biocontrol mechanisms are quite well characterized, we still poorly understand the molecular basis of the cross talk these beneficial bacteria initiate with their host. Here we show that the model species Bacillus velezensis stimulates production of the surfactin lipopeptide upon sensing pectin as cell surface molecular pattern and upon feeding on root exudates. Surfactin favors bacterial rhizosphere fitness on one hand and primes the plant immune system on the other hand. Our data therefore illustrate how both partners use this multifunctional compound as unique shared good to sustain mutualistic interaction.