Abstract The trade-off between growth and defense is a critical aspect of plant immunity. Therefore, plant immune response needs to be tightly regulated. The hormone regulating plant defense against biotrophic pathogens is salicylic acid (SA). Recently, N -hydroxy-pipecolic acid (NHP) was identified as second regulator for plant innate immunity and systemic acquired resistance. Although the biosynthetic pathway leading to NHP formation has already been identified, the route how NHP is further metabolized was unclear. Here, we present UGT76B1 as a UDP-dependent glycosyltransferase that modifies NHP by catalyzing the formation of 1- O -glucosyl-pipecolic acid (NHP- O Glc). Analysis of T-DNA and CRISPR knock-out mutant lines of UGT76B1 by targeted and non-targeted UHPLC-HRMS underlined NHP and SA as endogenous substrates of this enzyme in response to Pseudomonas infection and UV treatment. UGT76B1 shows similar K M for NHP and SA. ugt76b1 mutant plants have a dwarf phenotype and a constitutive defense response which can be suppressed by loss of function of the NHP biosynthetic enzyme FMO1. This suggests that elevated accumulation of NHP contributes to the enhanced disease resistance in ugt76b1 . Externally applied NHP can move to distal tissue in ugt76b1 mutant plants. Although glycosylation is not required for the long distance movement of NHP during systemic acquired resistance, it is crucial to balance growth and defense.

Abstract Pipecolic acid is essential for the establishment of systemic acquired resistance in plants. It is synthesized in the plastid and further processed in the cytosol to its active form N-hydroxy pipecolic acid. Here we provide strong evidence that the exporter Enhanced Disease Susceptibility 5 is required for the biosynthesis of not only salicylic acid, but also N-hydroxy pipecolic acid, suggesting that it represents a convergent point of plant immunity.

Abstract The biosynthesis of N -hydroxy pipecolic acid (NHP) has been intensively studied, though knowledge on its metabolic turnover is still scarce. To close this gap, we discovered three novel metabolites via metabolite fingerprinting in Arabidopsis thaliana leaves. Exact mass information and fragmentation by mass spectrometry (MSMS) suggest a methylated derivative of NHP (MeNHP), a NHP- O Glc-hexosyl conjugate (NHP- O Glc-Hex) and an additional NHP- O Glc-derivative. All three compounds were formed in wildtype leaves but not present in the NHP deficient mutant fmo1-1 . The identification of these novel NHP-based molecules was possible by a dual-infiltration experiment using a mixture of authentic NHP- and D 9 -NHP-standards for leaf infiltration followed by an UV-C treatment. Interestingly, the signal intensity of MeNHP and other NHP-derived metabolites increased in ugt76b1-1 mutant plants. This suggests a detour, for the inability to synthesize NHP- O -glucoside. For MeNHP, we unequivocally determined the site of methylation at the carboxylic acid function. MeNHP application by leaf infiltration leads to the detection of a MeNHP- O Glc as well as NHP, suggesting MeNHP-hydrolysis to NHP. This is in line with the observation that MeNHP-infiltration is able to rescue the fmo1-1 susceptible phenotype against Hyaloperonospora arabidopsidis Noco 2. Together these data suggest MeNHP as additional storage or transport form of NHP. Highlight In this work, we identify N -hydroxy pipecolic acid (NHP) metabolites including methyl ester and complex glycosides. The application of methyl ester is able to rescue the disease phenotype of the biosynthesis deficient mutant of NHP.