Chlamydomonas reinhardtii is a unicellular green alga whose lineage diverged from land plants over 1 billion years ago. It is a model system for studying chloroplast-based photosynthesis, as well as the structure, assembly, and function of eukaryotic flagella (cilia), which were inherited from the common ancestor of plants and animals, but lost in land plants. We sequenced the ∼120-megabase nuclear genome of Chlamydomonas and performed comparative phylogenomic analyses, identifying genes encoding uncharacterized proteins that are likely associated with the function and biogenesis of chloroplasts or eukaryotic flagella. Analyses of the Chlamydomonas genome advance our understanding of the ancestral eukaryotic cell, reveal previously unknown genes associated with photosynthetic and flagellar functions, and establish links between ciliopathy and the composition and function of flagella.

Stomatal movement, which regulates gas exchange in plants, is controlled by a variety of environmental factors, including biotic and abiotic stresses. The stress hormone ABA initiates a signaling cascade, which leads to increased H2O2 and Ca2+ levels and F-actin reorganization, but the mechanism of, and connection between, these events is unclear. SINE1, an outer nuclear envelope component of a plant Linker of Nucleoskeleton and Cytoskeleton (LINC) complex, associates with F-actin and is, along with its paralog SINE2, expressed in guard cells. Here, we have determined that Arabidopsis SINE1 and SINE2 play an important role in stomatal regulation. We show that SINE1 and SINE2 are required for stomatal opening and closing. Loss of SINE1 or SINE2 results in ABA hyposensitivity and impaired stomatal dynamics but does not affect stomatal closure induced by the bacterial elicitor flg22. The ABA-induced stomatal closure phenotype is, in part, attributed to impairments in Ca2+ and F-actin regulation. Together, the data suggest that SINE1 and SINE2 act downstream of ABA but upstream of Ca2+ and F-actin. While there is a large degree of functional overlap between the two proteins, there are also critical differences. Our study makes an unanticipated connection between stomatal regulation and a novel class of nuclear envelope proteins, and adds two new players to the increasingly complex system of guard cell regulation.

Efficient transport and delivery of sperm cells (SCs) is vital for angiosperm plant fertility. In Arabidopsis thaliana, SCs are transported through the growing pollen tube by a connection with the vegetative nucleus (VN). During pollen tube growth, the VN leads the way and maintains a fixed distance from the pollen tube tip, while the SCs lag behind the VN. Upon reception at the ovule, the pollen tube bursts and the SCs are released for fertilization. In pollen tubes of Arabidopsis mutants wit12 and wifi, deficient in the outer nuclear membrane component of a plant LINC complex, the SCs precede the VN and the VN falls behind. Subsequently, pollen tubes frequently fail to burst upon reception. In this study, we sought to determine if the pollen tube reception defect observed in wit12 and wifi is due to decreased sensitivity to reactive oxygen species (ROS). Here we show that wit12 and wifi are hyposensitive to exogenous H2O2, and that this hyposensitivity is correlated with decreased proximity of the VN to the pollen tube tip. Additionally, we report the first instance of nuclear Ca2+ spikes in growing pollen tubes, which are disrupted in the wit12 mutant. In the wit12 mutant, nuclear Ca2+ spikes are reduced in response to exogenous ROS, but these spikes are not correlated with pollen tube burst. This study finds that VN proximity to the pollen tube tip is required for both response to exogenous ROS, as well as internal nuclear Ca2+ fluctuations.