Abstract Root architecture is a major determinant of fitness, and is under constant modification in response to favorable and unfavorable environmental stimuli. Beyond impacts on the primary root, the environment can alter the position, spacing, density and length of secondary or lateral roots. Lateral root development is among the best-studied examples of plant organogenesis, yet there are still many unanswered questions about its earliest steps. Among the challenges faced in capturing these first molecular events is the fact that this process occurs in a small number of cells with unpredictable timing. Single-cell sequencing methods afford the opportunity to isolate the specific transcriptional changes occurring in cells undergoing this fate transition. Using this approach, we successfully captured the transcriptomes of initiating lateral root primordia, and discovered many previously unreported upregulated genes associated with this process. We developed a method to selectively repress target gene transcription in the xylem pole pericycle cells where lateral roots originate, and demonstrated that expression of several of these targets was required for normal root development. We also discovered novel subpopulations of cells in the pericycle and endodermal cell files that respond to lateral root initiation, highlighting the coordination across cell files required for this fate transition. One sentence summary Single cell RNA sequencing reveals new molecular details about lateral root initiation, including the transcriptional impacts of the primordia on bordering cells.

ABSTRACT Crop biomass and yield are tightly linked to how the light signaling network translates information about the environment into allocation of resources, including photosynthates. Once activated, the phytochrome (phy) class of photoreceptors signal and re-deploy carbon resources to alter growth, plant architecture, and reproductive timing. Brassica rapa has been used as a crop model to test for conservation of the phytochrome–carbon network. B. rapa phyB mutants have significantly decreased or absent CO 2 -stimulated growth responses in seedlings, and adult plants have reduced chlorophyll levels, photosynthetic rate, stomatal index, and seed yield. Here, we examine the transcriptomic response of adult wild-type and BrphyB leaves to darkening and recovery in light. Three days of darkness was sufficient to elicit a response in wild type leaves suggesting a shift from carbon fixation and nutrient acquisition to active redistribution of cellular resources. Upon a return to light, wild-type leaves appeared to transcriptionally return to a pre-darkness state restoring a focus on nutrient acquisition. Overall, BrphyB mutant plants have a similar response with key differences in genes involved in photosynthesis and light response which deviate from the wild type transcriptional dynamics. Genes targeted to the chloroplast are especially affected. Adult BrphyB mutant plants had fewer, larger chloroplasts, further linking phytochromes, chloroplast development, photosynthetic deficiencies and optimal resource allocation.

Abstract The plant corepressor TOPLESS (TPL) is recruited to a large number of loci that are selectively induced in response to developmental or environmental cues, yet the mechanisms by which it inhibits expression in the absence of these stimuli is poorly understood. Previously, we had used the N-terminus of Arabidopsis thaliana TPL to enable repression of a synthetic auxin response circuit in Saccharomyces cerevisiae (yeast). Here, we leveraged the yeast system to interrogate the relationship between TPL structure and function, specifically scanning for repression domains. We identified a potent repression domain in Helix 8 located within the CRA domain, which directly interacted with the Mediator middle domain subunits Med21 and Med10. Interactions between TPL and Mediator were required to fully repress transcription in both yeast and plants. In contrast, we found that multimer formation, a conserved feature of many corepressors, had minimal influence on the repression strength of TPL.