Abstract The exocyst, an octameric tethering complex and effector of Rho and Rab GTPases, facilitates polarized secretion in yeast and animals. Recent evidence implicates three plant homologs of exocyst subunits (SEC3, SEC8, and EXO70A1) in plant cell morphogenesis. Here, we provide genetic, cell biological, and biochemical evidence that these and other predicted subunits function together in vivo in Arabidopsis thaliana. Double mutants in exocyst subunits (sec5 exo70A1 and sec8 exo70A1) show a synergistic defect in etiolated hypocotyl elongation. Mutants in exocyst subunits SEC5, SEC6, SEC8, and SEC15a show defective pollen germination and pollen tube growth phenotypes. Using antibodies directed against SEC6, SEC8, and EXO70A1, we demonstrate colocalization of these proteins at the apex of growing tobacco pollen tubes. The SEC3, SEC5, SEC6, SEC8, SEC10, SEC15a, and EXO70 subunits copurify in a high molecular mass fraction of 900 kD after chromatographic fractionation of an Arabidopsis cell suspension extract. Blue native electrophoresis confirmed the presence of SEC3, SEC6, SEC8, and EXO70 in high molecular mass complexes. Finally, use of the yeast two-hybrid system revealed interaction of Arabidopsis SEC3a with EXO70A1, SEC10 with SEC15b, and SEC6 with SEC8. We conclude that the exocyst functions as a complex in plant cells, where it plays important roles in morphogenesis.

Plant pathogens are perceived by pattern recognition receptors, which are activated upon binding to pathogen-associated molecular patterns (PAMPs). Ubiquitination and vesicle trafficking have been linked to the regulation of immune signaling. However, little information exists about components of vesicle trafficking involved in immune signaling and the mechanisms that regulate them. In this study, we identified Arabidopsis thaliana Exo70B2, a subunit of the exocyst complex that mediates vesicle tethering during exocytosis, as a target of the plant U-box–type ubiquitin ligase 22 (PUB22), which acts in concert with PUB23 and PUB24 as a negative regulator of PAMP-triggered responses. We show that Exo70B2 is required for both immediate and later responses triggered by all tested PAMPs, suggestive of a role in signaling. Exo70B2 is also necessary for the immune response against different pathogens. Our data demonstrate that PUB22 mediates the ubiquitination and degradation of Exo70B2 via the 26S Proteasome. Furthermore, degradation is regulated by the autocatalytic turnover of PUB22, which is stabilized upon PAMP perception. We therefore propose a mechanism by which PUB22-mediated degradation of Exo70B2 contributes to the attenuation of PAMP-induced signaling.

Abstract Although angiosperm plants have a general capacity to react after the immunity elicitor chitin or chitosan treatment by the cell wall callose deposition, this response in particular cell types and its evolutionary conservation is not understood. Here we show that also the growing root hairs (RHs) of Arabidopsis can respond to a mild (0.001%) chitosan treatment by the callose deposition and by a deceleration of the RH growth. We demonstrate that the glucan synthase-like 5 (GSL5)/PMR4 is vital for chitosan-induced callose deposition but not for RH growth inhibition. Upon the higher chitosan concentration (0.01%) treatment, RHs do not deposit callose, while growth inhibition is prominent. To understand the specificities of the low and high concentration chitosan treatments, we analysed the corresponding PTI signalling components, gene expression, and RH cellular endomembrane and cytoskeleton modifications. Importantly, chitosan-induced callose deposition is also present in the functionally analogous and evolutionarily only distantly related RH-like structures rhizophores (lycophytes) and rhizoids (bryophytes). Our results point to the RH callose deposition as a conserved strategy of soil-anchoring plant cells (rhizoids/rhizophores/RHs) to deal with mild biotic stress. At the same time, high chitosan concentration prominently disturbs intracellular dynamics, tip-localised endomembrane compartments and RH growth, precluding callose deposition.

Abstract In the reaction to non-adapted Blumeria graminis f. sp. hordei (Bg), Arabidopsis thaliana leaf epidermal cells deposit cell wall reinforcements called papillae or seal fungal haustoria in encasements, both of which involve intensive exocytosis. A plant syntaxin SYP121/PEN1 has been found to be of key importance for the timely formation of papillae, and the vesicle tethering complex exocyst subunit EXO70B2 has been found to contribute to their morphology. Here, we identify a specific role for the EXO70B2-containing exocyst complex in the papillae membrane domains important for the callose deposition and GFP-SYP121 delivery to the focal attack sites, as well as its contribution to encasement formation. The mRuby2-EXO70B2 co-localises with the exocyst core subunit SEC6 and GFP-SYP121 in the membrane domain of papillae, and both proteins have the capacity to directly interact. The exo70B2/syp121 double mutant has a reduced number of papillae and haustorial encasements in response to Bg, indicating an additive role of the exocyst in SYP121 coordinated non-host resistance. In summary, we report cooperation between the plant exocyst and a SNARE protein in penetration resistance against non-adapted fungal pathogens. Highlight The exocyst complex containing EXO70B2 subunit has specific role in papilla and encasement formation, implemented in coordination with the pathway regulated by the SYP121 SNARE complex in defence.