The systemic model for floral induction, dubbed florigen, was conceived in photoperiod-sensitive plants but implies, in its ultimate form, a graft-transmissible signal that, although activated by different stimuli in different flowering systems, is common to all plants. We show that SFT ( SINGLE-FLOWER TRUSS ), the tomato ortholog of FLOWERING LOCUS T ( FT ), induces flowering in day-neutral tomato and tobacco plants and is encoded by SFT . sft tomato mutant plants are late-flowering, with altered architecture and flower morphology. SFT -dependent graft-transmissible signals complement all developmental defects in sft plants and substitute for long-day stimuli in Arabidopsis , short-day stimuli in Maryland Mammoth tobacco, and light-dose requirements in tomato uniflora mutant plants. The absence of donor SFT RNA from flowering receptor shoots and the localization of the protein in leaf nuclei implicate florigen-like messages in tomato as a downstream pathway triggered by cell-autonomous SFT RNA transcripts. Flowering in tomato is synonymous with termination of the shoot apical meristems, and systemic SFT messages attenuate the growth of apical meristems before and independent of floral production. Floral enhancement by systemic SFT signals is therefore one pleiotropic effect of FT orthologs.

Vegetative and reproductive phases alternate regularly during sympodial growth in tomato. In wild-type 'indeterminate' plants, inflorescences are separated by three vegetative nodes. In 'determinate' plants homozygous for the recessive allele of the SELF-PRUNING (SP) gene, sympodial segments develop progressively fewer nodes until the shoot is terminated by two consecutive inflorescences. We show here that the SP gene is the tomato ortholog of CENTRORADIALIS and TERMINAL FLOWER1, genes which maintain the indeterminate state of inflorescence meristems in Antirrhinum and Arabidopsis respectively. The sp mutation results in a single amino acid change (P76L), and the mutant phenotype is mimicked by overexpressing the SP antisense RNA. Ectopic and overexpression of the SP and CEN transgenes in tomato rescues the 'indeterminate' phenotype, conditions the replacement of flowers by leaves in the inflorescence and suppresses the transition of the vegetative apex to a reproductive shoot. The SELF-PRUNING gene is expressed in shoot apices and leaves from very early stages, and later in inflorescence and floral primordia as well. This expression pattern is similar to that displayed by the tomato ortholog LEAFY and FLORICAULA. Comparison of the sympodial, day-neutral shoot system of tomato and the monopodial, photoperiod-sensitive systems of Arabidopsis and Antirrhinum suggests that flowering genes that are required for the processing of floral induction signals in Arabidopsis and Antirrhinum are required in tomato to regulate the alternation between vegetative and reproductive cycles in sympodial meristems.

Abstract

 The most distinctive morphogenetic feature of leaves is their being either simple or compound. To study the basis for this dichotomy, we have exploited the maize homeobox-containing Knotted-1 (Kn1) gene in conjunction with mutations that alter the tomato compound leaf. We show that misexpression of Kn1 confers different phenotypes on simple and compound leaves. Up to 2000 leaflets, organized in compound reiterated units, are formed in tomato leaves expressing Kn1. In contrast, Kn1 induces leaf malformations but fails to elicit leaf ramification in plants with inherent simple leaves such as Arabidopsis or in tomato mutant plants with simple leaves. Moreover, the tomato Kn1 ortholog, unlike that of Arabidopsis, is expressed in the leaf primordia. Presumably, the two alternative leaf forms are conditioned by different developmental programs in the primary appendage that is common to all types of leaves.

The florigen paradigm implies a universal flowering-inducing hormone that is common to all flowering plants. Recent work identified FT orthologues as originators of florigen and their polypeptides as the likely systemic agent. However, the developmental processes targeted by florigen remained unknown. Here we identify local balances between SINGLE FLOWER TRUSS (SFT), the tomato precursor of florigen, and SELF-PRUNING (SP), a potent SFT-dependent SFT inhibitor as prime targets of mobile florigen. The graft-transmissible impacts of florigen on organ-specific traits in perennial tomato show that in addition to import by shoot apical meristems, florigen is imported by organs in which SFT is already expressed. By modulating local SFT/SP balances, florigen confers differential flowering responses of primary and secondary apical meristems, regulates the reiterative growth and termination cycles typical of perennial plants, accelerates leaf maturation, and influences the complexity of compound leaves, the growth of stems and the formation of abscission zones. Florigen is thus established as a plant protein functioning as a general growth hormone. Developmental interactions and a phylogenetic analysis suggest that the SFT/SP regulatory hierarchy is a recent evolutionary innovation unique to flowering plants.

The protein hormone florigen is a universal systemic inducer of flowering that also functions as a generic growth terminator across flowering plants. To understand the developmental rational for its pleiotropic functions and to uncover the deep cellular systems mobilized by florigen beyond flowering we explored termination of radial expansion of stems. Employing the power of tomato genetics along with RNAseq and histological validations we show that endogenous, mobile, or induced florigen accelerates secondary cell wall biogenesis (SCWB), and hence vascular maturation, independently of flowering. This finding is supported by a systemic florigen antagonist from the non-flowering Ginkgo biloba, which arrests SCWB and by MADS and MIF genes downstream of florigen that similarly suppress or enhance, respectively, vascular maturation independent of flowering. By accelerating SCWB, florigen reprograms the distribution of resources, signals and mechanical loads required for the ensuing reproductive phase it had originally set into motion.