Abstract The broad-spectrum rice blast resistance gene Pi9 was cloned using a map-based cloning strategy. Sequencing of a 76-kb bacterial artificial chromosome (BAC) contig spanning the Pi9 locus led to identification of six tandemly arranged resistance-like genes with a nucleotide-binding site (NBS) and leucine-rich repeats (LRRs) (Nbs1-Pi9–Nbs6-Pi9). Analysis of selected Pi9 deletion mutants and transformation of a 45-kb fragment from the BAC contig into the susceptible rice cultivar TP309 narrowed down Pi9 to the candidate genes Nbs2-Pi9 and Nbs3-Pi9. Disease evaluation of the transgenic lines carrying the individual candidate genes confirmed that Nbs2-Pi9 is the Pi9 gene. Sequence comparison analysis revealed that the six paralogs at the Pi9 locus belong to four classes and gene duplication might be one of the major evolutionary forces contributing to the formation of the NBS–LRR gene cluster. Semiquantitative reverse transcriptase (RT)–PCR analysis showed that Pi9 was constitutively expressed in the Pi9-resistant plants and was not induced by blast infection. The cloned Pi9 gene provides a starting point to elucidate the molecular basis of the broad-spectrum disease resistance and the evolutionary mechanisms of blast resistance gene clusters in rice.

SUMMARY The transient assay system based on mesophyll or cultured cell-derived protoplasts has been exploited in several plant species and has become a powerful tool for rapid gene functional analysis and biochemical manipulations. However, the system has not been widely used in rice owing to the difficulties in large-scale isolation of viable rice protoplasts from leaves or suspension-cultured cells. Here, we describe a significantly improved method to isolate a large number of protoplasts from stem and sheath tissues of both young and mature plants. High-level coexpression of multiple constructs and efficient suppression of exogenous and endogenous genes were observed in the stem- and sheath-derived protoplasts. A transient green fluorescent protein and luciferase-based reporter system for defence-related genes expression analysis has been established, which is useful for screening and characterizing genes involved in rice defence signalling pathways. Furthermore, a protoplast-based bimolecular fluorescence complementation (BiFC) system for the detection of protein-protein interactions in living rice cells was developed. The YFP complementation of two split-YFP halves mediated by homodimerization of the GUS and SPIN1, a cell-death related protein, was observed in transfected protoplasts. In combination with genetic, genomic and proteomic approaches, the established versatile protoplast transient assay system will facilitate large-scale functional analysis of defence-related genes in rice.

Abstract The rice (Oryza sativa) spotted leaf11 (spl11) mutant was identified from an ethyl methanesulfonate–mutagenized indica cultivar IR68 population and was previously shown to display a spontaneous cell death phenotype and enhanced resistance to rice fungal and bacterial pathogens. Here, we have isolated Spl11 via a map-based cloning strategy. The isolation of the Spl11 gene was facilitated by the identification of three additional spl11 alleles from an IR64 mutant collection. The predicted SPL11 protein contains both a U-box domain and an armadillo (ARM) repeat domain, which were demonstrated in yeast and mammalian systems to be involved in ubiquitination and protein–protein interactions, respectively. Amino acid sequence comparison indicated that the similarity between SPL11 and other plant U-box-ARM proteins is mostly restricted to the U-box and ARM repeat regions. A single base substitution was detected in spl11, which results in a premature stop codon in the SPL11 protein. Expression analysis indicated that Spl11 is induced in both incompatible and compatible rice–blast interactions. In vitro ubiquitination assay indicated that the SPL11 protein possesses E3 ubiquitin ligase activity that is dependent on an intact U-box domain, suggesting a role of the ubiquitination system in the control of plant cell death and defense.

Abstract Many plants possess two or more ubiquitin-activating enzymes (E1). However, it is unclear whether the E1s of a plant genome play equivalent roles in various pathways. Here we report that tomato and tobacco encode dual ubiquitin-activating systems (DUAS) in which the E1s UBA1 and UBA2 display differential specificities in charging four groups of E2s. The C-terminal ubiquitin-folding domain of the E1s play a major but not sole role in determining the differential specificities of charging the four groups E2s. The dual systems do not play equivalent roles in plant immunity, with silence of UBA2 only compromising host immunity. Among the differentially charged E2s, group IV members UBC32, UBC33 and UBC34 are shown to be essential for ER-associated protein degradation (ERAD) and plant immunity. Like tomato, Arabidopsis UBC32/33/34 E2 triplet are also differentially charged by its E1s and are essential for plant immunity. Loss of function in Arabidopsis UBC32, UBC33 and UBC34 does not affect flg22 and elf18-triggered inhibition of seedling growth but results in alteration of ER stress tolerance, which likely contribute to the diminished plant immunity in the mutants. Our results uncover DUAS in plants and a previously unknown E1–ERAD-associated E2 triplet module in the regulation of host immunity. One sentence summary Plant dual ubiquitin E1 systems play distinct roles in plant immunity by differentially charging the ERAD-associated E2s for ER stress tolerance.

Abstract Sensing of pathogen- or microbe-associated molecular patterns (PAMPs/MAMPs) by pattern recognition receptors (PRRs) at the cell surface induces the first layer of host immunity against invading microbial pathogens. The immune receptor FLS2 perceives bacterial flagellin to initiate host immune signaling upon pathogen infections. It has been known that the FLS2 abundance is crucial for plant pattern-triggered immunity. Nevertheless, the underpinning regulatory mechanisms remain largely unclear. In this study, we demonstrate that XBAT35.2 positively modulates the protein level of FLS2. In addition to the Golgi, XBAT35.2 localizes at the plasma membrane and constitutively associates with FLS2, BAK1, and BIK1. Flg22 treatment increases the association of XBAT35.2 with FLS2 and BAK1 but reduces the interaction with BIK1. XBAT35.2 ubiquitinates two key components of the ESCRT-I complex, VPS37-1 and VPS28-2 with K48 and K63-linked polyubiquitin chains respectively, leading to degradation of VPS37-1 and diminished interaction of VPS28-2 with FLS2. Additionally, VPS37-1 and VPS28-2 play redundant, negative roles in FLS2-mediated immunity by promoting vacuolar breakdown of FLS2. Thus, by intercepting the function of VPS28-2 and VPS37-1, XBAT35.2 stabilizes FLS2 for host immunity. Our findings reveal a new regulatory circuit for modulating the FLS2 abundance and deepen our understanding of controlling the homeostasis of cell surface receptors. One-sentence summary Targeting the ESCRT-I subunits VPS28-2 and VPS37-1 with distinct ubiquitin chains by the E3 ligase XBT35.2 stabilizes FLS2 and positively modulates plant immunity.