To get more insight into plant cell response to cadmium (Cd) stress, both proteomic and metabolomic "differential display" analyses were performed on Arabidopsis thaliana cells exposed to different concentrations of the toxic chemical. After a 24 h treatment, soluble proteins extracted from untreated and treated cells were separated by 2-D-PAGE and image analyses were performed to quantify and compare protein levels. Proteins up- and down-regulated in response to Cd were identified by MS and mapped into specific metabolic pathways and cellular processes, highlighting probable activation of the carbon, nitrogen, and sulfur metabolic pathways. For some of these proteins, Northern blot and RT-PCR analyses were performed to test transcript accumulation in response to Cd. In parallel, metabolite profiling analyses by LC coupled to ESI MS were initiated to better characterize the metabolic adaptation to the chemical stress. This study revealed that the main variation at the metabolite level came from the presence of six different families of phytochelatins, in A. thaliana cells treated with Cd, whose accumulation increases with Cd concentrations. Taken together these data provide an overview of the molecular and cellular changes elicited by Cd exposure.

Abstract The MADS transcription factors (TF) are an ancient protein family with a high degree of sequence identity that bind almost identical DNA sequences across all eukaryotic kingdoms of life, yet fulfill dramatically different physiological roles. In plants, the family is divided into two main lineages, type I and II, based on sequence conservation of the DNA-binding MADS-box domain (M domain) with yeast and animal M domains. Here, we demonstrate that DNA binding in both lineages absolutely requires a short amino acid sequence C-terminal to the M domain called the Intervening domain (I domain) in type II MADS. Structural elucidation of the MI domains from the floral regulator, SEPALLATA3 (SEP3), shows a highly conserved MADS-box fold with the I domain forming an alpha helix and acting to stabilize the M domain. Based on secondary structure prediction, sequences fulfilling the same function as the SEP3 I domain can be found in both lineages of plant MADS TFs, suggesting the I domain is a conserved and required part of the DNA-binding domain. Using the floral organ identity MADS TFs, SEP3, APETALA1 (AP1) and AGAMOUS (AG), domain swapping demonstrate that the I domain alters DNA-binding specificity based on seq-DAP-seq experiments. Yeast 2-hybrid experiments further revealed the role of the I domain in dimerization specificity. Surprisingly, introducing AG carrying the I domain of AP1 in the Arabidopsis ap1 mutant, resulted in a high degree of complementation and restoration of first and second whorl organs. Taken together, these data demonstrate that the I domain acts both as an integral part of the DNA-binding domain and strongly contributes to the functional identity of the MADS TF.

The Evening Complex (EC), composed of the DNA-binding protein LUX ARRHYTHMO (LUX) and two additional proteins, EARLY FLOWERING 3 (ELF3) and ELF4, is a transcriptional repressor complex and a core component of the plant circadian clock. In addition to maintaining oscillations in clock gene expression, the EC also participates in temperature and light entrainment and regulates important clock output genes such as PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR 4 (PIF4), a key transcription factor involved in temperature dependent plant growth. These properties make the EC an attractive target for altering plant development through targeted mutations to the complex. However, the molecular basis for EC function was not known. Here we show that binding of the EC requires all three proteins and that ELF3 decreases the ability of LUX to bind DNA whereas the presence of ELF4 restores interaction with DNA. To be able to manipulate this complex, we solved the structure of the DNA-binding domain of LUX bound to DNA. Using structurebased design, a LUX variant was constructed that showed decreased in vitro binding affinity but retained specificity for its cognate sequences. This designed LUX allele modulates hypocotyl elongation and flowering. These results demonstrate that modifying the DNAbinding affinity of LUX can be used to titrate the repressive activity of the entire EC, tuning growth and development in a predictable manner.