Abstract Epidemiological studies have revealed an inverse association between the consumption of fruit, vegetables, and herbs and the risk of both cancer and cardiovascular disease. This protective effect is mostly due to secondary metabolites present in plant tissues. During the last decade, it has become increasingly clear that UV-B radiation is an important regulator of plant secondary metabolism. Low, ecologically-relevant UV-B levels trigger distinct changes in the accumulation of, among others, phenolic compounds, carotenoids and glucosinolates. Fundamental understanding of plant UV-B perception and responses opens up new opportunities for crop manipulation. Thus, targeted low dosage UV-B radiation treatments as emerging technology may be used to generate fruit, vegetables, and herbs enriched with secondary plant metabolites for either fresh consumption or as a source for functional foods and nutraceuticals, resulting in increased ingestion of these health-promoting substances. The UV-B induced accumulation of secondary plant metabolites is likely to have evolved as a plant defense response against harmful UV-B radiation. However, UV-B induced secondary metabolites also alter other trophic interactions, for example by altering plant herbivore resistance. Thus, UV-B driven metabolic changes in the plant's secondary metabolism have benefits for both ends of the bio-based food chain, i.e., for plants themselves as well as for humans. Keywords: carotenoidsfunctional foodglucosinolatesnutraceuticalsphenolic substancesplant defense

While the air microbiome and its diversity are known to be essential for human health and ecosystem resilience, the current lack of holistic air microbial diversity monitoring means that little is known about the air microbiome's composition, distribution, or functional effects. We here show that nanopore shotgun sequencing can robustly assess the air microbiome in combination with active air sampling through liquid impingement and tailored computational analysis. We provide laboratory and computational protocols for air microbiome profiling, and reliably assess the taxonomic composition of the core air microbiome in controlled and natural environments. Based on de novo assemblies from the long sequencing reads, we further identify the taxa of several air microbiota down to the species level and annotate their ecosystem functions, including their potential role in natural biodegradation processes. As air monitoring by nanopore sequencing can be employed in an automatable, fast, and portable manner for in situ applications all around the world, we envision that this approach can help holistically explore the role of the air microbiome.

Abstract Nitric oxide (NO) is a signaling molecule with multiple regulatory functions in plant physiology and stress response. Besides direct effects on the transcriptional machinery, NO can fulfill its signaling function via epigenetic mechanisms. We report that light intensity-dependent changes in NO correlate with changes in global histone acetylation (H3, H3K9 and H3K9/K14) in Arabidopsis thaliana wild-type leaves and that this correlation depends on S-nitrosoglutathione reductase and histone deacetylase 6. The activity of histone deacetylase 6 was sensitive to NO, which demonstrates that NO participates in regulation of histone acetylation. ChIP-seq and RNA-seq analyses revealed that NO is involved in the metabolic switch from growth and development to stress response. This coordinating function of NO might be of special importance in adaptation to a changing environment and could therefore be a promising starting point to mitigating the negative effects of climate change on plant productivity.

Abstract Highlight statement Osmotic strength of date palm roots increases with soil desiccation, for which the accumulation of organic osmolytes, such as sugars, is essential in complement to energetically cheap mineral osmotics. Date palm ( Phoenix dactylifera L.) is an important crop in arid regions that is well-adapted to desert ecosystems. To understand the remarkable ability to grow and yield in water-limited environments, experiments were conducted in a simulated desert environment with water-withholding for up to four weeks. In response to drought, root, rather than leaf, osmotic strength increased, with sugars contributing more to the osmolyte increase than minerals. Consistently, carbon and amino acid metabolism was acclimated toward biosynthesis at both the transcriptional and translational levels. In leaves, a remodeling of membrane systems was observed, suggesting changes in thylakoid lipid composition, which together with the restructuring of the photosynthetic apparatus, indicated an acclimation preventing oxidative damage. Thus, xerophilic date palm avoids oxidative damage under drought by combined prevention and rapid detoxification of oxygen radicals. Although minerals were expected to serve as cheap key osmotics, date palm also relies on organic osmolytes for osmotic adjustment of the roots during desiccation. The diversion of these resources away from growth is consistent with date palm’s strategy of generally slow growth in harsh environments and clearly indicates a trade-off between growth and stress-related physiological responses.

ABSTRACT Guard cells regulate plant gas exchange by controlling the aperture of stomatal pores. The process of stomatal closure involves a multi-input signaling network that governs the activity of ion channels, which in turn regulate guard cell turgor pressure and volume. Here we describe a forward genetic screen to identify novel components involved in stomatal movements. Through an ozone-sensitivity approach combined with whole-rosette gas exchange analysis, 130 mutants of established stomatal regulators and 76 novel mutants impaired in stomatal closure were identified. One of the novel mutants was mapped to MURUS1 (MUR1), the first enzyme in de novo GDP-L-fucose biosynthesis. Defects in synthesis or import of GDP-L-Fuc into the Golgi apparatus resulted in impaired stomatal closure to multiple stimuli. Stomatal phenotypes observed in mur1 were independent from the canonical guard cell signaling and instead could be related to altered mechanical properties of guard cell walls. Impaired fucosylation of xyloglucan, N-linked glycans and arabinogalactan proteins did not explain the aberrant function of mur1 stomata, however our data suggest that the stomatal phenotypes observed in mur1 can at least partially be attributed to defective dimerization of rhamnogalactouronan-II. In addition to providing the genetic framework for future studies on guard cell signaling, our work emphasizes the impact of fucose metabolism on stomatal movement.

Abstract Date palm (Phoenix dactylifera L.) is an important crop in arid regions that is well-adapted to desert ecosystems. To understand the remarkable ability to grow and yield in water-limited environments, experiments with water-withholding for up to four weeks were conducted. In response to drought, root, rather than leaf, osmotic strength increased, with organic solutes such as sugars and amino acids contributing more to the osmolyte increase than minerals. Consistently, carbon and amino acid metabolism was acclimated toward biosynthesis at both the transcriptional and translational levels. In leaves, a remodeling of membrane systems was observed, suggesting changes in thylakoid lipid composition, which together with the restructuring of the photosynthetic apparatus, indicated an acclimation preventing oxidative damage. Thus, xerophilic date palm avoids oxidative damage under drought by combined prevention and rapid detoxification of oxygen radicals. Although minerals were expected to serve as cheap key osmotics, date palm also relies on organic osmolytes for osmotic adjustment of the roots during early drought acclimation. The diversion of these resources away from growth is consistent with date palm's strategy of generally slow growth in harsh environments and clearly indicates a trade-off between growth and stress-related physiological responses.

Abstract This study determines the functional role of the plant ultraviolet‐B radiation (UV‐B) photoreceptor, UV RESISTANCE LOCUS 8 (UVR8) under natural conditions using a large‐scale ‘synchronized‐genetic‐perturbation‐field‐experiment’. Laboratory experiments have demonstrated a role for UVR8 in UV‐B responses but do not reflect the complexity of outdoor conditions where ‘genotype × environment’ interactions can mask laboratory‐observed responses. Arabidopsis thaliana knockout mutant, uvr8‐7 , and the corresponding Wassilewskija wild type, were sown outdoors on the same date at 21 locations across Europe, ranging from 39°N to 67°N latitude. Growth and climatic data were monitored until bolting. At the onset of bolting, rosette size, dry weight, and phenolics and glucosinolates were quantified. The uvr8‐7 mutant developed a larger rosette and contained less kaempferol glycosides, quercetin glycosides and hydroxycinnamic acid derivatives than the wild type across all locations, demonstrating a role for UVR8 under field conditions. UV effects on rosette size and kaempferol glycoside content were UVR8 dependent, but independent of latitude. In contrast, differences between wild type and uvr8‐7 in total quercetin glycosides, and the quercetin‐to‐kaempferol ratio decreased with increasing latitude, that is, a more variable UV response. Thus, the large‐scale synchronized approach applied demonstrates a location‐dependent functional role of UVR8 under natural conditions.

Abstract While the air microbiome and its diversity are essential for human health and ecosystem resilience, comprehensive air microbial diversity monitoring has remained rare, so that little is known about the air microbiome’s composition, distribution, or functionality. Here we show that nanopore sequencing-based metagenomics can robustly assess the air microbiome in combination with active air sampling through liquid impingement and tailored computational analysis. We provide fast and portable laboratory and computational approaches for air microbiome profiling, which we leverage to robustly assess the taxonomic composition of the core air microbiome of a controlled greenhouse environment and of a natural outdoor environment. We show that long-read sequencing can resolve species-level annotations and specific ecosystem functions through de novo metagenomic assemblies despite the low amount of fragmented DNA used as an input for nanopore sequencing. We then apply our pipeline to assess the diversity and variability of an urban air microbiome, using Barcelona, Spain, as an example; this randomized experiment gives first insights into the presence of highly stable location-specific air microbiomes within the city’s boundaries, and showcases the robust microbial assessments that can be achieved through automatable, fast, and portable nanopore sequencing technology.