ABSTRACT High salt stress continually challenges growth and survival of many plants, but the underlying molecular basis is not fully explored. Alternative polyadenylation (APA) produces mRNAs with different 3′UTRs (alternative 3′UTRs) to regulate gene expression at post-transcriptional level. However, the roles of such process in response to salt stress remain elusive. Here, we reported that alternative 3′UTRs responded to high salt stress in the halophyte- Spartina alterniflora , which tolerant to hash salt environment. High salt stress induced the global APA and increased the prevalence of APA events. Strikingly, high salt stress significantly led to 3′ UTR lengthening of 207 transcripts through increasing the usage of distal poly(A) sites. Transcripts with alternative 3′ UTRs were mainly enriched in salt stress related ion transporters. Alternative 3′ UTRs of SaHKT1 increased RNA stability and protein synthesis in vivo . Regulatory AU-rich elements were identified in the alternative 3′ UTRs and alternative 3′ UTRs increased protein level of SaHKT1 in an AU-rich element dependent manner. Finally, 3′ UTR lengthening might result from variations in poly(A) signals and poly(A) factors. Overall, these results suggest that APA is a potential novel high salt stress responsive mechanism by modulating mRNA 3′ UTR length. These results also reveal complex regulator roles of alternative 3′ UTRs coupling alternative polyadenylation and regulatory elements at post-transcriptional level in plants. One sentence summary Alternative 3′ UTRs acts as a potential novel mechanism in gene expression regulation of high salt tolerant genes

Spartina alterniflora (Spartina) is the only halophyte in the salt marsh. However, the molecular basis of its high salt tolerance remains elusive. In this study, we used PacBio full-length single molecule long-read sequencing and RNA-seq to elucidate the transcriptome dynamics of high salt tolerance in Spartina by salt-gradient experiments (0, 350, 500 and 800 mM NaCl). We systematically analyzed the gene expression diversity and deciphered possible roles of ion transporters, protein kinases and photosynthesis in salt tolerance. Moreover, the co-expression network analysis revealed several hub genes in salt stress regulatory networks, including protein kinases such as SaOST1, SaCIPK10 and three SaLRRs. Furthermore, high salt stress affected the gene expression of photosynthesis through down-regulation at the transcription level and alternative splicing at the post-transcriptional level. In addition, overexpression of two Spartina salt-tolerant genes SaHSP70-I and SaAF2 in Arabidopsis significantly promoted the salt tolerance of transgenic lines. Finally, we built the SAPacBio website for visualizing the full-length transcriptome sequences, transcription factors, ncRNAs, salt-tolerant genes, and alternative splicing events in Spartina. Overall, this study sheds light on the high salt tolerance mechanisms of monocotyledonous-halophyte and demonstrates the potential of Spartina genes for engineering salt-tolerant plants.

Background: Moso bamboo is well-known for its rapid-growth shoots and widespread rhizomes. However, the regulatory genes of these two processes are largely unexplored. GATA factors regulate many developmental processes, but its role in plant height control and rhizome development remains unclear. Results: Here, we found that bamboo GATA factors (PeGATAs) are involved in the growth regulation of bamboo shoots and rhizomes. Bioinformatics and evolutionary analysis showed that there are 31 PeGATA factors in bamboo, which can be divided into three subfamilies. Light, hormone, and stress-related cis-elements were found in the promoter region of the PeGATA genes. Gene expression of 12 PeGATA genes was regulated by phytohormone-GA but there was no correlation between auxin and PeGATA gene expression. More than 27 PeGATA genes were differentially expressed in different tissues of rhizomes, and almost all PeGATAs have dynamic gene expression level during the rapid-growth of bamboo shoots. These results indicate that PeGATAs regulate rhizome development and bamboo shoot growth partially via GA signaling pathway. In addition, PeGATA26, a rapid-growth negative regulatory candidate gene modulated by GA treatment, was overexpressed in Arabidopsis, and over-expression of PeGATA26 significantly repressed Arabidopsis primary root length and plant height. The PeGATA26 overexpressing lines were also resistant to exogenous GA treatment, further emphasizing that PeGATA26 inhibits plant height from Arabidopsis to moso bamboo via GA signaling pathway. Conclusions: Our results provide an insight into the function of GATA transcription factors in regulating shoot rapid-growth and rhizome development, and provide genetic resources for engineering plant height.

Abstract Mitochondria produce signals besides energy and metabolites that influence plant growth and fitness. However, how mitochondrial signals are relayed to other cellular compartments is largely unknown. By applying poly(A)-site RNA-sequencing (PAS-seq) to wildtype Arabidopsis seedlings and a mutant in the histone demethylase JMJ30 treated with the mitochondrial electron transfer chain inhibitor antimycin A (AA), we identified a previously undefined mitochondrion-to-nucleus communication pathway by which mitochondrial functional state regulates co-transcriptionally alternative polyadenylation (APA) of nuclear mRNA. We observed a global shortening of 3′ untranslated regions (UTRs) as a molecular signature of AA-activated mitochondrial retrograde response (MRR), which contributed in part to translational regulation of auxin response and cell wall biogenesis. JMJ30 regulated AA-induced 3′ UTR shortening, resulting in more transcripts with shortened 3′ UTRs upon AA treatment in a JMJ30 gain-of-function mutant and overexpression lines. We also report on the JMJ30-interacting protein CPSF30, a cleavage and polyadenylation specificity factor that recruits JMJ30 to modulate H3K27me3 status at its target loci. Our study illustrates how epigenetic modification and APA coordinate mitochondrion-to-nucleus communication to allow cells to rapidly respond to changes in mitochondrial functional state and shape plant growth and fitness. One-sentence summary Epigenetic modification and APA coordinate mitochondrion-to-nucleus communication to allow cells to rapidly respond to changes in mitochondrial functional state and shape plant growth and fitness.

Abstract Photosynthetic plants play a primary role for the global sulphur cycle in the earth ecosystems by reduction of inorganic sulphate from the soil to organic sulphur-containing compounds. How plants sense and transduce the sulphate availability in soil to mediate their growth remains largely unclear. The target of rapamycin (TOR) kinase is an evolutionarily conserved master regulator of nutrient sensing and metabolic signalling to control cell proliferation and growth in all eukaryotes. Here, we discovered that inorganic sulphate exhibits higher potency than organic cysteine and glutathione for activation of TOR and cell proliferation in the leaf primordium to promote true leaf development in Arabidopsis . Chemical genetic analyses further revealed that this sulphate activation of TOR is independent of the sulphate-assimilation process and glucose-energy signalling. Significantly, tissue specific transcriptome analyses uncovered previously unknown sulphate-orchestrating genes involved in DNA replication, cell proliferation, autophagy and various secondary metabolism pathways, which are completely depending on TOR signalling. Systematic comparison between the sulphate- and glucose-TOR controlled transcriptome further revealed that, as the central growth integrator, TOR kinase can sense different upstream nutrient signals to control both shared and unique transcriptome networks, therefore, precisely modulate plant proliferation, growth and stress responses.