Brassinosteroids (BRs) are vital plant steroid hormones sensed at the cell surface by a membrane signaling complex comprising the receptor kinase BRI1 and a SERK-family co-receptor kinase. Activation of this complex lead to dissociation of the inhibitor protein BKI1 from the receptor and to differential phosphorylation of BZR1/BES1 transcription factors by the glycogen synthase kinase 3 protein BIN2. Many phosphoproteins of the BR signaling pathway, including BRI1, SERKs, BKI1 and BZR1/BES1 can associate with 14-3-3 proteins. In this study, we use quantitative ligand binding assays to define the minimal 14-3-3 binding sites in the N-terminal lobe of the BRI1 kinase domain, in BKI1, and in BZR1 from Arabidopsis thaliana. All three motifs require to be phosphorylated to specifically bind 14-3-3s with mid- to low micromolar affinity. BR signaling components display minimal isoform preference within the 14-3-3 non-epsilon subgroup. 14-3-3 lambda and 14-3-3 omega isoform complex crystal structures reveal that BKI1 and BZR1 bind as canonical type II 14-3-3 linear motifs. Disruption of key amino acids in the phosphopeptide binding site through mutation impairs the interaction of 14-3-3 lambda with all three linear motifs. Notably, quadruple loss-of-function mutants from the non-epsilon group exhibit gain-of-function brassinosteroid signaling phenotypes, suggesting a role for 14-3-3 proteins as overall negative regulators of the BR pathway. Collectively, our work provides further mechanistic and genetic evidence for the regulatory role of 14-3-3 proteins at various stages of the brassinosteroid signaling cascade.

Plants use leucine-rich repeat receptor kinases (LRR-RKs) to sense sequence diverse peptide hormones at the cell surface. A 3.0 Å crystal structure of the LRR-RK GSO1/SGN3 regulating Casparian strip formation in the endodermis reveals a large spiral-shaped ectodomain. The domain provides a binding platform for 21 amino-acid CIF peptide ligands, which are tyrosine sulfated by the tyrosylprotein sulfotransferase TPST/SGN2. GSO1/SGN3 harbors a binding pocket for sulfotyrosine and makes extended backbone interactions with CIF2. Quantitative biochemical comparisons reveal that GSO1/SGN3 – CIF2 represents one of the strongest receptor-ligand pairs known in plants. Multiple missense mutations are required to block CIF2 binding in vitro , and GSO1/SGN3 function in vivo . Using structure-guided sequence analysis we uncover novel CIF peptides conserved among higher plants. Quantitative binding assays with known and novel CIFs suggest that the homologous LRR-RKs GSO1/SGN3 and GSO2 have evolved unique peptide binding properties to control different developmental processes. A quantitative biochemical interaction screen, a CIF peptide antagonist and genetic analyses together implicate SERK LRR-RKs as essential co-receptor kinases required for GSO1/SGN3 and GSO2 receptor activation. 0ur work provides a mechanistic framework for the recognition of sequence-divergent peptide hormones in plants.Significance Statement Two sequence-related plant membrane receptor kinases and their shape-complementary co-receptors are shown to selectively sense members of a small family of secreted peptide hormones to control formation of an important diffusion barrier in the plant root.

The leucine-rich repeat receptor kinase (LRR-RK) BRI1 requires a shape-complementary SERK co-receptor for brassinosteroid sensing and receptor activation. Interface mutations that weaken the interaction between receptor and co-receptor in vitro reduce brassinosteroid signaling responses. The SERK3 elongated (elg) allele maps to the complex interface and shows enhanced brassinosteroid signaling, but surprisingly no tighter binding to the BRI1 ectodomain in vitro. Here, we report that rather than promoting the interaction with BRI1, the elg mutation disrupts the ability of the co-receptor to interact with the ectodomains of BIR receptor pseudokinases, negative regulators of LRR-RK signaling. A conserved lateral surface patch in BIR LRR domains is required for targeting SERK co-receptors and the elg allele maps to the core of the complex interface in a 1.25 Å BIR3-SERK1 structure. Collectively, our structural, quantitative biochemical and genetic analyses suggest that brassinosteroid signaling complex formation is negatively regulated by BIR receptor ectodomains.

Brassinosteroids (BRs) are vital plant steroid hormones sensed at the cell surface by a membrane signaling complex comprising the receptor kinase BRI1 and a SERK-family co-receptor kinase. Activation of this complex lead to dissociation of the inhibitor protein BKI1 from the receptor and to differential phosphorylation of BZR1/BES1 transcription factors by the glycogen synthase kinase 3 protein BIN2. Many phosphoproteins of the BR signaling pathway, including BRI1, SERKs, BKI1 and BZR1/BES1 can associate with 14-3-3 proteins. In this study, we use quantitative ligand binding assays to define the minimal 14-3-3 binding sites in the N-terminal lobe of the BRI1 kinase domain, in BKI1, and in BZR1 from Arabidopsis thaliana. All three motifs require to be phosphorylated to specifically bind 14-3-3s with mid- to low micromolar affinity. BR signaling components display minimal isoform preference within the 14-3-3 non-ε subgroup. 14-3-3λ and 14-3-3ω isoform complex crystal structures reveal that BKI1 and BZR1 bind as canonical type II 14-3-3 linear motifs. Disruption of key amino acids in the phosphopeptide binding site through mutation impairs the interaction of 14-3-3λ with all three linear motifs. Notably, quadruple loss-of-function mutants from the non-ε group exhibit gain-of-function brassinosteroid signaling phenotypes, suggesting a role for 14-3-3 proteins as overall negative regulators of the BR pathway. Collectively, our work provides further mechanistic and genetic evidence for the regulatory role of 14-3-3 proteins at various stages of the brassinosteroid signaling cascade.