After a series of seminal works during the last decade of the 20th century, nitric oxide (NO) is now firmly placed in the pantheon of plant signals. Nitric oxide acts in plant-microbe interactions, responses to abiotic stress, stomatal regulation and a range of developmental processes. By considering the recent advances in plant NO biology, this review will highlight certain key aspects that require further attention.The following questions will be considered. While cytosolic nitrate reductase is an important source of NO, the contributions of other mechanisms, including a poorly defined arginine oxidizing activity, need to be characterized at the molecular level. Other oxidative pathways utilizing polyamine and hydroxylamine also need further attention. Nitric oxide action is dependent on its concentration and spatial generation patterns. However, no single technology currently available is able to provide accurate in planta measurements of spatio-temporal patterns of NO production. It is also the case that pharmaceutical NO donors are used in studies, sometimes with little consideration of the kinetics of NO production. We here include in planta assessments of NO production from diethylamine nitric oxide, S-nitrosoglutathione and sodium nitroprusside following infiltration of tobacco leaves, which could aid workers in their experiments. Further, based on current data it is difficult to define a bespoke plant NO signalling pathway, but rather NO appears to act as a modifier of other signalling pathways. Thus, early reports that NO signalling involves cGMP-as in animal systems-require revisiting. Finally, as plants are exposed to NO from a number of external sources, investigations into the control of NO scavenging by such as non-symbiotic haemoglobins and other sinks for NO should feature more highly. By crystallizing these questions the authors encourage their resolution through the concerted efforts of the plant NO community.

Quantitative data on nitric oxide (NO) production by plants, and knowledge of participating reactions and rate limiting factors are still rare. We quantified NO emission from tobacco (Nicotiana tabacum) wild-type leaves, from nitrate reductase (NR)- or nitrite reductase (NiR)-deficient leaves, from WT- or from NR-deficient cell suspensions and from mitochondria purified from leaves or cells, by following NO emission through chemiluminescence detection. In all systems, NO emission was exclusively due to the reduction of nitrite to NO, and the nitrite concentration was an important rate limiting factor. Using inhibitors and purified mitochondria, mitochondrial electron transport was identified as a major source for reduction of nitrite to NO, in addition to NR. NiR and xanthine dehydrogenase appeared to be not involved. At equal respiratory activity, mitochondria from suspension cells had a much higher capacity to produce NO than leaf mitochondria. NO emission in vivo by NiR-mutant leaves (which was not nitrite limited) was proportional to photosynthesis (high in light +CO(2), low in light -CO(2), or in the dark). With most systems including mitochondrial preparations, NO emission was low in air (and darkness for leaves), but high under anoxia (nitrogen). In contrast, NO emission by purified NR was not much different in air and nitrogen. The low aerobic NO emission of darkened leaves and cell suspensions was not due to low cytosolic NADH, and appeared only partly affected by oxygen-dependent NO scavenging. The relative contribution of NR and mitochondria to nitrite-dependent NO production is estimated.

Abstract In a perspective entitled ‘From plant survival under severe stress to anti-viral human defense’ we raised and justified the hypothesis that transcript level profiles of justified target genes established from in vitro somatic embryogenesis (SE) induction in plants as a reference compared to virus-induced profiles can identify differential virus signatures that link to harmful reprogramming. A standard profile of selected genes named ‘ReprogVirus’ was proposed for in vitro -scanning of early virus-induced reprogramming in critical primary infected cells/tissues as target trait. For data collection, the ‘ReprogVirus platform’ was initiated. This initiative aims to identify in a common effort across scientific boundaries critical virus footprints from diverse virus origins and variants as a basis for anti-viral strategy design. This approach is open for validation and extension. In the present study, we initiated validation by experimental transcriptome data available in public domain combined with advancing plant wet lab research. We compared plant-adapted transcriptomes according to ‘RegroVirus’ complemented by alternative oxidase (AOX) genes during de novo programming under SE-inducing conditions with in vitro corona virus-induced transcriptome profiles. This approach enabled identifying a ma jor c omplex t rait for e arly d e novo programming during SARS-CoV-2 infection, called ‘CoV-MAC-TED’. It consists of unbalanced ROS/RNS levels, which are connected to increased aerobic fermentation that links to alpha-tubulin-based cell restructuration and progression of cell cycle. We conclude that anti-viral/anti-SARS-CoV-2 strategies need to rigorously target ‘CoV-MAC-TED’ in primary infected nose and mouth cells through prophylactic and very early therapeutic strategies. We also discuss potential strategies in the view of the beneficial role of AOX for resilient behavior in plants. Furthermore, following the general observation that ROS/RNS equilibration/redox homeostasis is of utmost importance at the very beginning of viral infection, we highlight that ‘de-stressing’ disease and social handling should be seen as essential part of anti-viral/anti-SARS-CoV-2 strategies.

Abstract Plants respond to environmental cues via adaptive cell reprogramming that can affect whole plant and ecosystem functionality. Microbiota constitutes part of plant’s inner and outer environment. This Umwelt underlies steady dynamics, due to complex local and global biotic and abiotic changes. Hence, adaptive plant holobiont responses are crucial for continuous metabolic adjustment at systems levels. Plants require oxygen-dependent respiration for energy-dependent adaptive morphology, such as, germination, root and shoot growth, formation of adventitious, clonal and reproductive organs, fruits and seeds. Fermentative paths can help in acclimation and, to our view the role of alternative oxidase (AOX) in coordinating complex metabolic and physiologic adjustments is underestimated. Cellular level of sucrose is an important sensor of environmental stress. We explored the role of exogenous sucrose and its interplay with AOX during early seed germination. We found that sucrose-dependent initiation of fermentation during the first 12 hours after imbibition (HAI) was beneficial to germination. However, parallel enhanced AOX expression was essential to control negative effects by prolonged sucrose treatment. Early down-regulated AOX activity until 12 HAI improved germination efficiency in the absence of sucrose, but suppressed early germination in its presence. Our results also suggest that seeds-inoculated arbuscular mycorrhizal fungi can buffer sucrose stress during germination to restore normal respiration more efficiently. Following this approach, we propose a simple method to identify organic seeds and low-cost on-farm perspectives for early selection on disease tolerance, predicting plant holobiont behavior and improving germination. Furthermore, our research strengthens the view that AOX can serve as powerful functional marker source for seed hologenomes.

ABSTRACT Nitric oxide (NO) is one of the byproducts of nitrogen metabolism. Excess amount of NO is scavenged by phytoglobins. The role of phytoglobin mediated NO homoeostasis in modulation of nitrate transporters was investigated using NO scavenger cPTIO, phytoglobin overexpressing rice and Arabidopsis. Growing plants under low nitrate leads to generation of reduced levels of NO accompanied by elevated expression of high affinity transporters (HATs) such as NRT2.1, NRT2.3 and NRT2.4 . Scavenging of NO by cPTIO under optimal nitrate caused enhanced HATs expression. Phytoglobin overexpressing Arabidopsis showed improved growth and enhanced expression of HATs under low nitrogen in comparison to WT. Pretreatment of optimal nitrate grown plants with NO scavenger cPTIO enhanced HATs expression and shifting of these primed plants from optimal to low nitrate leads to further elevation of HATs expression accompanied by enhanced nitrogen uptake and its accumulation with positive effect on growth. Phytoglobin overexpression in rice leads to enhanced HATs expression, improved growth, nitrogen accumulation under low nitrate. Pgb OE lines showed enhanced accumulation of amino acids. Taken together our results suggest an important role of phytoglobins in nitrogen uptake and assimilation.

Nitrogen (N) is essential for growth, development and defense but, how low N effects defense and the role of Trichoderma in enhancing defense under low nitrate is not known. Low nitrate fed Arabidopsis plants displayed reduced growth and compromised LAR & SAR response when infected with avirulent and virulent Pseudomonas syringae DC3000. These responses were enhanced in the presence of Trichoderma. The mechanism of increased LAR and SAR mediated by Trichoderma involve increased N uptake and enhanced protein levels via modulation of nitrate transporter genes. nrt2.1 mutant is compromised in LAR and SAR response suggesting a link between enhanced N transport and defense. Enhanced N uptake was mediated by Trichoderma elicited nitric oxide (NO). Low NO producing nia1,2 mutant and nsHb+ over expressing lines were unable to induce nitrate transporters and compromised defense in presence of Trichoderma under low N suggesting a signaling role of Trichoderma elicited NO. Trichoderma also induced SA and defense gene expression under low N. SA deficient NahG and npr1 mutants were compromised in LAR and SAR response mediated by Trichoderma. The mechanism of enhanced plant defense under low N mediated by Trichoderma involve NO, ROS, SA production and induction of NRT and SAR marker genes.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

SUMMARY Photorespiratory serine hydroxymethyltransferases (SHMTs) are important enzymes of cellular one‐carbon metabolism. In this study, we investigated the potential role of SHMT6 in Arabidopsis thaliana . We found that SHMT6 is localized in the nucleus and expressed in different tissues during development. Interestingly SHMT6 is inducible in response to avirulent, virulent Pseudomonas syringae and to Fusarium oxysporum infection. Overexpression of SHMT6 leads to larger flowers, siliques, seeds, roots, and consequently an enhanced overall biomass. This enhanced growth was accompanied by increased stomatal conductance and photosynthetic capacity as well as ATP, protein, and chlorophyll levels. By contrast, a shmt6 knockout mutant displayed reduced growth. When challenged with Pseudomonas syringae pv tomato ( Pst ) DC3000 expressing AvrRpm1 , SHMT6 overexpression lines displayed a clear hypersensitive response which was characterized by enhanced electrolyte leakage and reduced bacterial growth. In response to virulent Pst DC3000, the shmt6 mutant developed severe disease symptoms and becomes very susceptible, whereas SHMT6 overexpression lines showed enhanced resistance with increased expression of defense pathway associated genes. In response to Fusarium oxysporum , overexpression lines showed a reduction in symptoms. Moreover, SHMT6 overexpression lead to enhanced production of ethylene and lignin, which are important components of the defense response. Collectively, our data revealed that SHMT6 plays an important role in development and defense against pathogens.

Nitric oxide (NO) is a free radical molecule that plays an important role in hypoxic stress. We studied the impact of hypoxia-induced NO production on the expression of genes and production of metabolites involved in carbon, nitrogen and antioxidant metabolism using wild type (WT) and non-symbiotic haemoglobin-overexpressing (Hb+) and nitrate reductase double mutant (nia1,2) and application of NO scavenger cPTIO of Arabidopsis. We found that imposing hypoxia leads to the increase of NO and reactive oxygen species (ROS) levels in WT, while the reduced levels of NO and higher levels of ROS were observed in roots of Hb+ and nia1,2 mutant. Expression of the genes encoding group VII ERFs and the enzymes involved in fermentative pathways, activities of these enzymes and metabolite levels were highly induced in WT suggesting that NO plays a role in the induction of fermentation. Several genes and metabolites involved in the TCA cycle were induced in WT in comparison to Hb+ and nia mutant line suggesting that NO can accelerate TCA cycle to regenerate reducing equivalents under hypoxia. Interestingly, we found that the genes and metabolites involved in the ascorbate-glutathione cycle were modulated by NO under hypoxia. The alternative oxidase gene (AOX1A) was induced under hypoxia in WT due to increased levels of NO rather than ROS. Overall these findings suggest that NO increases expression of the genes of carbon, nitrogen and antioxidant metabolism to improve plant survival under hypoxia.