Abstract Varieties of the European pear (Pyrus communis) can produce trees with both red- and green-skinned fruits, such as the Max Red Bartlett (MRB) variety, although little is known about the mechanism behind this differential pigmentation. In this study, we investigated the pigmentation of MRB and its green-skinned sport (MRB-G). The results suggest that a reduction in anthocyanin concentration causes the MRB-G sport. Transcript levels of PcUFGT (for UDP-glucose:flavonoid 3-O-glucosyltransferase), the key structural gene in anthocyanin biosynthesis, paralleled the change of anthocyanin concentration in both MRB and MRB-G fruit. We cloned the PcMYB10 gene, a transcription factor associated with the promoter of PcUFGT. An investigation of the 2-kb region upstream of the ATG translation start site of PcMYB10 showed the regions −604 to −911 bp and −1,218 to −1,649 bp to be highly methylated. A comparison of the PcMYB10 promoter methylation level between the MRB and MRB-G forms indicated a correlation between hypermethylation and the green-skin phenotype. An Agrobacterium tumefaciens infiltration assay was conducted on young MRB fruits by using a plasmid constructed to silence endogenous PcMYB10 via DNA methylation. The infiltrated fruits showed blocked anthocyanin biosynthesis, higher methylation of the PcMYB10 promoter, and lower expression of PcMYB10 and PcUFGT. We suggest that the methylation level of PcMYB10 is associated with the formation of the green-skinned sport in the MRB pear. The potential mechanism behind the regulation of anthocyanin biosynthesis is discussed.

The gametophytic self-incompatibility (SI) mediated by S-RNase of Rosaceae, Solanaceae and Plantaginaceae, is controlled by two tightly linked genes located at highly polymorphic S-locus: the S-RNase for pistil specificity and the F-box gene (SFB/SLF) for pollen specificity, respectively. The F-box gene of peach (Prunus persica) is S haplotype-specific F-box (SFB). In this study, we selected 37 representative varieties according to the evolution route of peach and identified their S genotypes. We cloned pollen determinant genes mutant PperSFB1m, PperSFB2m, PperSFB4m and normal PperSFB2, and style determinant genes S1-RNase, S2-RNase, S2m-RNase and S4-RNase. Mutant PperSFBs were translated terminated prematurely because of fragment insertion. Yeast two-hybrid showed that mutant PperSFBs and normal PperSFB2 interacted with all S-RNases. Normal PperSFB2 was divided into four parts: box, box-V1, V1-V2 and HVa-HVb. Protein interaction analyses showed that the box portion did not interact with S-RNases, both of the box-V1 and V1-V2 had interactions with S-RNases, while the hypervariable region of PperSFB2 HVa-HVb only interacted with S2-RNase. Bioinformatics analysis of peach genome revealed that there were other F-box genes located at S-locus, and of which three F-box genes were specifically expressed in pollen, namely PperSLFL1, PperSLFL2 and PperSLFL3, respectively. Phylogenetic analysis showed that PperSFBs and PperSLFLs were classified into two different clades. Yeast two-hybrid analysis revealed that as with PperSFBs, the three F-box proteins interacted with PperSSK1. Yeast two-hybrid and BiFC showed that PperSLFLs interacted with S-RNases with no allelic specificity. In vitro ubiquitination assay showed that PperSLFLs could tag ubiquitin molecules to PperS-RNases. In all, the above results suggest that three PperSLFLs are the appropriate candidates for the 'general inhibitor', which would inactivate the S-RNases in pollen tubes, and the role of three PperSLFL proteins is redundant, as S-RNase repressors involved in the self-incompatibility of peach.

The number of male gametes produced is critical for reproductive success and varies greatly between and within species 1–3 . Evolutionary reduction of male gamete production has been widely reported in plants as a hallmark of the selfing syndrome, as well as in humans. Such a reduction may simply represent deleterious decay 4–7 , but evolutionary theory predicts that breeding systems could act as a major selective force on male gamete number: while large numbers of sperm should be produced in highly promiscuous species because of male–male gamete competition 1 , reduced sperm numbers may be advantageous at lower outcrossing rates because of the cost of gamete production. Here we used genome-wide association study (GWAS) to show a signature of polygenic selection on pollen number in the predominantly selfing plant Arabidopsis thaliana . The top associations with pollen number were significantly more strongly enriched for signatures of selection than those for ovule number and 107 phenotypes analyzed previously, indicating polygenic selection 8 . Underlying the strongest association, responsible for 20% of total pollen number variation, we identified the gene REDUCED POLLEN NUMBER 1 affecting cell proliferation in the male germ line. We validated its subtle but causal allelic effects using a quantitative complementation test with CRISPR-Cas9-generated null mutants in a nonstandard wild accession. Our results support polygenic adaptation underlying reduced male gamete numbers.

Although the transition to selfing in the model plant Arabidopsis thaliana involved the loss of the self-incompatibility (SI) system, it clearly did not occur due to the fixation of a single inactivating mutation at the locus determining the specificities of SI (the S-locus). At least three groups of divergent haplotypes (haplogroups), corresponding to ancient functional S-alleles, have been maintained at this locus, and extensive functional studies have shown that all three carry distinct inactivating mutations. However, the historical process of loss of SI is not well understood, in particular its relation with the last glaciation. Here, we took advantage of recently published genomic re-sequencing data in 1,083 Arabidopsis thaliana accessions that we combined with BAC sequencing to obtain polymorphism information for the whole S-locus region at a species-wide scale. The accessions differed by several major rearrangements including large deletions and inter-haplogroup recombinations, forming a set of haplogroups that are widely distributed throughout the native range and largely overlap geographically. "Relict" A. thaliana accessions that directly derive from glacial refugia are polymorphic at the S-locus, suggesting that the three haplogroups were already present when glacial refugia from the last Ice Age became isolated. Inter-haplogroup recombinant haplotypes were highly frequent, and detailed analysis of recombination breakpoints suggested multiple independent origins. These findings suggest that the complete loss of SI in A. thaliana involved independent self-compatible mutants that arose prior to the last Ice Age, and experienced further rearrangements during post-glacial colonization.

Abstract The olive tree is an important oil woody plant with high economic value, yet it is vulnerable to the attack of numerous fungi. The successful control of olive fungal diseases requires a comprehensive understanding of the disease resistance mechanisms in plants. Here, we isolated Alternaria alternata from the diseased leaves of olive plants, and screened a resistant (“Leccino”) and susceptible (“Manzanilla de Sevilla”) cultivar from eight olive cultivars to explore their resistance mechanisms. Transcriptomic and metabolomic analyses identified the flavonoid biosynthesis as a key defense pathway against A. alternata . Five important transcription factors associated with flavonoid biosynthesis were also determined. The overexpression of OeWRKY40 significantly enhanced the disease resistance of the susceptible cultivar and upregulated the expression of genes involved in flavonoid biosynthesis and the accumulation of related metabolites. LUC assays further proved that OeWRKY40 can activate the expression of OeC4H . These results help to better clarify the molecular mechanisms of flavonoid biosynthesis against A. alternata . Our study provides key information for further exploration of the molecular pathways of olive plants and their resistance to fungi, an important factor for molecular breeding and utilization of resistant cultivars.