NPR1 is a critical component of the salicylic acid (SA)-mediated signal transduction pathway leading to the induction of defense genes, such as the pathogenesis-related (PR)-1 gene, and enhanced disease resistance. Using a yeast two-hybrid screen, we identified several NPR1-interacting proteins (NIPs). Two of these NIPs are members of the TGA/OBF family of basic leucine zipper (bZIP) transcription factors; this family has been implicated in the activation of SA-responsive genes, including PR-1. Six TGA family members were tested and shown to differentially interact with NPR1: TGA2 and TGA3 showed strong affinity for NPR1; TGA5 and TGA6 exhibited weaker affinity; and TGA1 and TGA4 displayed little or no detectable interaction with NPR1, respectively. Interestingly, the amino-termini of these factors were found to decrease their stability in yeast and differentially affect their apparent affinity toward NPR1. The interacting regions on NPR1 and the TGA factors were also defined. Each of four point mutations in NPR1 that disrupt SA signaling in Arabidopsis completely blocked interaction of NPR1 with TGA2 and TGA3. TGA2 and TGA3 were also found to bind the SA-responsive element of the Arabidopsis PR-1 promoter. These results directly link NPR1 to SA-induced PR-1 expression through members of the TGA family of transcription factors.

Recent genetic and biochemical studies have revealed the existence in plants of a fourth RNA polymerase, RNAPIV, which mediates siRNA accumulation and DNA methylation-dependent silencing of endogenous repeated sequences. Here, we show that Arabidopsis expresses, in fact, two evolutionarily related forms of RNAPIV, hereafter referred to as RNAPIVa and RNAPIVb. These two forms contain the same second-largest subunit (NRPD2), but differ at least by their largest subunit, termed NRPD1a and NRPD1b. Unlike NRPD1a, NRPD1b possesses a reiterated CTD, a feature that also characterizes the largest subunit of RNAPII. Our data indicate that RNAPIVb is the most abundant form of RNAPIV in Arabidopsis . Selective disruption of either form of RNAPIV indicates that RNAPIVa-dependent siRNA accumulation is not sufficient per se to drive robust silencing at endogenous loci and that high levels of DNA methylation and silencing depend on siRNA that are accumulated through a pathway involving the concerted action of both RNAPIV forms. Taken together, our results imply the existence of a novel two-step mechanism in siRNA synthesis at highly methylated loci, with RNAPIVb being an essential component of a self-reinforcing loop coupling de novo DNA methylation to siRNA production.

Two forms of RNA Polymerase IV (PolIVa/PolIVb) have been implicated in RNA-directed DNA methylation (RdDM) in Arabidopsis . Prevailing models imply a distinct function for PolIVb by association of Argonaute4 (AGO4) with the C-terminal domain (CTD) of its largest subunit NRPD1b. Here we show that the extended CTD of NRPD1b-type proteins exhibits conserved Argonaute-binding capacity through a WG/GW-rich region that functionally distinguishes Pol IVb from Pol IVa, and that is essential for RdDM. Site-specific mutagenesis and domain-swapping experiments between AtNRPD1b and the human protein GW182 demonstrated that reiterated WG/GW motifs form evolutionarily and functionally conserved Argonaute-binding platforms in RNA interference (RNAi)-related components.

In plants and invertebrates, viral-derived siRNAs processed by the RNaseIII Dicer guide Argonaute (AGO) proteins as part of antiviral RNA-induced silencing complexes (RISC). As a counterdefense, viruses produce suppressor proteins (VSRs) that inhibit the host silencing machinery, but their mechanisms of action and cellular targets remain largely unknown. Here, we show that the Turnip crinckle virus (TCV) capsid, the P38 protein, acts as a homodimer, or multiples thereof, to mimic host-encoded glycine/tryptophane (GW)-containing proteins normally required for RISC assembly/function in diverse organisms. The P38 GW residues bind directly and specifically to Arabidopsis AGO1, which, in addition to its role in endogenous microRNA-mediated silencing, is identified as a major effector of TCV-derived siRNAs. Point mutations in the P38 GW residues are sufficient to abolish TCV virulence, which is restored in Arabidopsis ago1 hypomorphic mutants, uncovering both physical and genetic interactions between the two proteins. We further show how AGO1 quenching by P38 profoundly impacts the cellular availability of the four Arabidopsis Dicers, uncovering an AGO1-dependent, homeostatic network that functionally connects these factors together. The likely widespread occurrence and expected consequences of GW protein mimicry on host silencing pathways are discussed in the context of innate and adaptive immunity in plants and metazoans.

Abstract Correct 3’end processing of mRNAs is regarded as one of the regulatory cornerstones of gene expression. In a parasite that must answer to the high regulatory requirements of its multi-host life style, there is a great need to adopt additional means to partition the distinct transcriptional signatures of the closely and tandemly-arranged stage specific genes. In this study, we report on our findings in T. gondii of an m6A-dependent 3’end polyadenylation serving as a transcriptional barrier at these loci . We identify the core polyadenylation complex within T. gondii and establish CPSF4 as a reader for m6A-modified mRNAs, via a YTH domain within its C-terminus, a feature which is shared with plants. We bring evidence of the specificity of this interaction both biochemically, and by determining the crystal structure at high resolution of the T. gondii CPSF4-YTH in complex with an m6A modified RNA. We show that the loss of m6A, both at the level of its deposition or its recognition was associated with an increase in aberrantly elongated chimeric mRNAs emanating from impaired transcriptional termination, a phenotype previously noticed in the plant model Arabidopsis thaliana . We bring Nanopore direct RNA sequencing-based evidence of the occurrence of transcriptional read-through breaching into downstream repressed stage-specific genes, in the absence of either CPSF4 or the m6A RNA methylase components in both T. gondii and A. thaliana . Taken together, our results shed light on an essential regulatory mechanism coupling the pathways of m6A metabolism directly to the cleavage and polyadenylation processes, one that interestingly seem to serve, in both T. gondii and A. thaliana , as a guardian against aberrant transcriptional read-throughs. Highlights m6A is recognized in apicomplexan and plants by CPSF4, a member of the cleavage and polyadenylation complex machinery. The structural insight behind the specificity of the binding of m6A by the CPSF4 YTH subunit are solved by high resolution crystal structures. The m6A-driven 3’end polyadenylation pathway protects transcriptome integrity by restricting transcriptional read-throughs and RNA chimera formation in apicomplexan parasites and plants.

Deciphering the mechanism of secondary cell wall/SCW formation in plants is key to understanding their development and the molecular basis of biomass recalcitrance. Although transcriptional regulation is essential for SCW formation, little is known about the implication of post-transcriptional mechanisms in this process. Here we report that two bonafide RNA-binding proteins homologous to the animal translational regulator Musashi, MSIL2 and MSIL4, function redundantly to control SCW formation in Arabidopsis. MSIL2/4 interactomes are similar and enriched in proteins involved in mRNA binding and translational regulation. MSIL2/4 mutations alter SCW formation in the fibers, leading to a reduction in lignin deposition, and an increase of 4- O -glucuronoxylan methylation. In accordance, quantitative proteomics of stems reveal an overaccumulation of glucuronoxylan biosynthetic machinery, including GXM3, in the msil2/4 mutant stem. We showed that MSIL4 immunoprecipitates GXM mRNAs, suggesting a novel aspect of SCW regulation, linking post-transcriptional control to the regulation of SCW biosynthesis genes.

Pseudomonas syringae type-III effectors were previously found to suppress the Arabidopsis miRNA pathway through elusive mechanisms. Here, we first show that HopT1-1 effector promotes pathogenicity by suppressing the Arabidopsis AGO1-dependent microRNA (miRNA) pathway. We further demonstrate that HopT1-1 interacts with, and suppresses the activity of, AGO1 through conserved glycine/tryptophan-(GW) motifs. HopT1-1 dampens PAMP-Triggered-Immunity (PTI) in a GW-dependent manner and its presence mimics the impaired PTI responses, which were also observed in ago1 mutants. In addition, the silencing suppression activity of HopT1-1 induces Effector-Triggered-Immunity (ETI), which is correlated with an over-accumulation of silencing factors that are controlled by miRNAs, including AGO1. Remarkably, alleviating miR168-directed silencing of AGO1 was sufficient to trigger an ETI-like response, orchestrated by typical disease resistance-immune signaling factors, suggesting that HopT1-1-induced perturbation of AGO1 homeostasis is a trigger of ETI activation. In summary, this study reports for the first time a strategy used by a bacterial effector to directly target an AGO protein and on how plants perceive its silencing suppression activity to trigger a host counter-counter defense.