Cell elongation during seedling development is antagonistically regulated by light and gibberellins (GAs). Light induces photomorphogenesis, leading to inhibition of hypocotyl growth, whereas GAs promote etiolated growth, characterized by increased hypocotyl elongation. The mechanism underlying this antagonistic interaction remains unclear. Here we report on the central role of the Arabidopsis thaliana nuclear transcription factor PIF4 (encoded by PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR 4) in the positive control of genes mediating cell elongation and show that this factor is negatively regulated by the light photoreceptor phyB (ref. 4) and by DELLA proteins that have a key repressor function in GA signalling. Our results demonstrate that PIF4 is destabilized by phyB in the light and that DELLAs block PIF4 transcriptional activity by binding the DNA-recognition domain of this factor. We show that GAs abrogate such repression by promoting DELLA destabilization, and therefore cause a concomitant accumulation of free PIF4 in the nucleus. Consistent with this model, intermediate hypocotyl lengths were observed in transgenic plants over-accumulating both DELLAs and PIF4. Destabilization of this factor by phyB, together with its inactivation by DELLAs, constitutes a protein interaction framework that explains how plants integrate both light and GA signals to optimize growth and development in response to changing environments.

Jasmonates (JA) are important regulators of plant defense responses that activate expression of many wound-induced genes including the tomato proteinase inhibitor II ( pin2 ) and leucine aminopeptidase ( LAP ) genes. Elements required for JA induction of the LAP gene are all present in the -317 to -78 proximal promoter region. Using yeast one-hybrid screening, we have identified the bHLH-leu zipper JAMYC2 and JAMYC10 proteins, specifically recognizing a T/G-box AACGTG motif in this promoter fragment. Mutation of the G-box element decreases JA-responsive LAP promoter expression. Expression of JAMYC2 and JAMYC10 is induced by JA, with a kinetics that precedes that of the LAP or pin2 transcripts. JAMYC overexpression enhanced JA-induced expression of these defense genes in potato, but did not result in constitutive transcript accumulation. Using footprinting assays, an additional protected element was identified, located directly adjacent to the T/G-box motif. Mutation of this element abolishes JA response, showing that recognition of this duplicated element is also required for gene expression. Knockout mutants in the AtMYC2 homolog gene of Arabidopsis are insensitive to JA and exhibit a decreased activation of the JA-responsive genes AtVSP and JR1 . Activation of the PDF1.2 and b-CHI , ethylene/JA-responsive genes, is, however, increased in these mutants. These results show that the JAMYC/AtMYC2 transcription factors function as members of a MYC-based regulatory system conserved in dicotyledonous plants with a key role in JA-induced defense gene activation.

Signaling by the hormones brassinosteroid (BR) and gibberellin (GA) is critical to normal plant growth and development and is required for hypocotyl elongation in response to dark and elevated temperatures. Active BR signaling is essential for GA promotion of hypocotyl growth and suppresses the dwarf phenotype of GA mutants. Cross-talk between these hormones occurs downstream from the DELLAs, as GA-induced destabilization of these GA signaling repressors is not affected by BRs. Here we show that the light-regulated PIF4 (phytochrome-interacting factor 4) factor is a phosphorylation target of the BR signaling kinase BRASSINOSTEROID-INSENSITIVE 2 (BIN2), which marks this transcriptional regulator for proteasome degradation. Expression of a mutated PIF41A protein lacking a conserved BIN2 phosphorylation consensus causes a severe elongated phenotype and strongly up-regulated expression of the gene targets. However, PIF41A is not able to suppress the dwarf phenotype of the bin2-1 mutant with constitutive activation of this kinase. PIFs were shown to be required for the constitutive BR response of bes1-D and bzr1-1D mutants, these factors acting in an interdependent manner to promote cell elongation. Here, we show that bes1-D seedlings are still repressed by the inhibitor BRZ in the light and that expression of the nonphosphorylatable PIF41A protein makes this mutant fully insensitive to brassinazole (BRZ). PIF41A is preferentially stabilized at dawn, coinciding with the diurnal time of maximal growth. These results uncover a main role of BRs in antagonizing light signaling by inhibiting BIN2-mediated destabilization of the PIF4 factor. This regulation plays a prevalent role in timing hypocotyl elongation to late night, before light activation of phytochrome B (PHYB) and accumulation of DELLAs restricts PIF4 transcriptional activity.

Abstract Growth at the shoot apical meristem (SAM) is essential for shoot architecture construction. The phytohormones gibberellins (GA) play a pivotal role in coordinating plant growth, but their role in the SAM remains mostly unknown. Here, we developed a ratiometric GA signalling biosensor by engineering one of the DELLA proteins, to suppress its master regulatory function in GA transcriptional responses while preserving its degradation upon GA sensing. We demonstrate that this novel degradation-based biosensor accurately reports on cellular changes in GA levels and perception during development. We used this biosensor to map GA signalling activity in the SAM. We show that high GA signalling is found primarily in cells located between organ primordia that are the precursors of internodes. By gain- and loss-of-function approaches, we further demonstrate that GAs regulate cell division plane orientation to establish the typical cellular organisation of internodes, thus contributing to internode specification in the SAM.

SUMMARY Root growth and development are essential features for plant survival and the preservation of terrestrial ecosystems. In the Arabidopsis primary root apex, stem-cell specific transcription factors BRAVO and WOX5 co-localize at the Quiescent Center (QC) cells, where they repress cell division so that these cells can act as a reservoir to replenish surrounding stem cells, yet their molecular connection remains unknown. Here, by using empirical evidence and mathematical modeling, we establish the precise regulatory and molecular interactions between BRAVO and WOX5. We found that BRAVO and WOX5 regulate each other besides forming a transcription factor complex in the QC necessary to preserve overall root growth and architecture. Our results unveil the importance of transcriptional regulatory circuits at the quiescent and stem cells to the control of organ initiation and growth of plant tissues.

Abstract Plants may experience large diurnal temperature fluctuations. Our knowledge of the molecular mechanisms of integration of these fluctuations and the resulting growth patterns is limited. Here we show that hypocotyl growth during the night responded not only to the current temperature but also to preceding daytime temperatures, revealing a memory of previous conditions. Daytime temperature affected the nuclear levels of PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR 4 (PIF4) and LONG HYPOCOTYL 5 (HY5) during the next night. These jointly accounted for the observed growth kinetics, whereas memory of prior daytime temperature was impaired in the pif4 and hy5 mutants. PIF4 promoter activity largely accounted for the temperature dependent changes in PIF4 protein levels. Noteworthy, the decrease in PIF4 promoter activity triggered by cooling required a stronger temperature shift than the increase caused by warming. This hysteretic pattern required EARLY-FLOWERING 3 (ELF3). Warm temperatures promoted the formation of nuclear condensates of ELF3 in hypocotyl cells during the afternoon but not in the morning. These nuclear speckles showed poor sensitivity to subsequent cooling. We conclude that ELF3 achieves hysteresis and drives the PIF4 promoter into the same behaviour, enabling a memory of daytime temperature conditions.