Enhancement of micronutrient bioavailability is crucial to address the malnutrition in the developing countries. Various approaches employed to address the micronutrient bioavailability are showing promising signs, especially in cereal crops. Phytic acid (PA) is considered as a major antinutrient due to its ability to chelate important micronutrients and thereby restricting their bioavailability. Therefore, manipulating PA biosynthesis pathway has largely been explored to overcome the negative impact in different crop species. Recently, we reported that functional wheat inositol pentakisphosphate kinase (TaIPK1) is involved in PA biosynthesis, however the functional roles of the IPK1 gene in wheat remains elusive. In this study, RNAi-mediated gene silencing was performed for IPK1 transcripts in hexaploid wheat. Four non-segregating RNAi lines of wheat were selected for detailed study (S3-D-6-1; S6-K-3-3; S6-K-6-10 and S16-D-9-5). Homozygous transgenic RNAi lines at T4 seeds with a decreased transcript of TaIPK1 showed 28%-56% reduction of the PA. Silencing of IPK1 also resulted in increased free phosphate in mature grains. Although, no phenotypic changes in the spike was observed but, lowering of grain PA resulted in the reduced number of seeds per spikelet. The lowering of grain PA was also accompanied by a significant increase in iron (Fe) and zinc (Zn) content, thereby enhancing their molar ratios (Zn:PA and Fe:PA). Overall, this work suggests that IPK1 is a promising candidate for employing genome editing tools to address the mineral accumulation in wheat grains.

ABSTRACT Iron (Fe) is an essential micronutrient for both plants and animals. Fe limitation significantly reduces crop yield and therefore has adverse impacts on human nutrition. Owing to limited bioavailability of Fe, plants have adapted different strategies that regulate Fe uptake and homeostasis. Particularly, modifications of root growth traits are a key for the survival of plants on Fe-deficient soils. Understanding the molecular basis for these root growth responses will have critical implications for plant breeding. Fe uptake is regulated by a cascade of basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factors. In our study, we show that HY5 (Elongated Hypocotyl 5), a member of the basic leucine zipper (bZIP) family of transcription factors plays an important role in the Fe deficiency signalling pathway in Arabidopsis thaliana . The hy5 mutant plants failed to mount an optimum Fe deficiency response and showed severe root growth defects under Fe limitation that could be partially reverted by complementation of hy5 mutant. qRT-PCR analysis revealed that the induction of the genes involved in Fe uptake pathway [FER-like iron deficiency-induced transcription factor ( FIT ), Ferric Reduction Oxidase 2 ( FRO2 ) and Iron-Regulated Transporter1 ( IRT1 )] is significantly reduced in the hy5 mutants as compared to the wild-type plants under Fe deficiency. Moreover, we also found that HY5 function is critical for activating the expression of coumarin biosynthesis genes ( F6’H1, S8H, PDR9 and BGLU42) under Fe deficiency. Interestingly, our results showed that HY5 acts as a negative regulator of BRUTUS ( BTS) which is known to negatively regulate Fe deficiency response. Chromatin Immunoprecipitation followed by qPCR revealed direct binding of HY5 to the promoter of BTS . Altogether, our results showed that HY5 plays an important role in regulation of Fe deficiency responses in Arabidopsis.

Abstract Grass pea ( Lathyrus sativus ) is an ideal legume crop for resource-poor farmers, having resistance to various biotic and abiotic stresses. The seeds of this plant are rich in protein and are the only known dietary source of L-homoarginine. Moreover, it thrives with minimal inputs making it a promising crop in grain legume breeding programs with immense potential for food security. Despite these advantages, the global area under its cultivation has decreased because of the presence of an antinutrient compound, β-N-oxalyl-L-α,β-diamino propionic acid (β-ODAP), which results in neurolathyrism both in humans and animals. Multiple efforts in the past have resulted in the development of improved varieties with low ODAP. Still, due to variations in response to the environment, stable low-ODAP lines have not been developed for large-scale cultivation. In this paper, we report in planta characterization of Oxalyl-CoA Synthetase (OCS) involved in the oxalylating step leading to β-ODAP production. We established a hairy root transformation system for Lathyrus and demonstrated the genome editing of LsOCS . Further, we show that oxalate accumulates in these hairy roots due to loss-of-function of the OCS gene. This is the first report of functional analysis of a Lathyrus gene in Lathyrus . The hairy root genome editing system we developed can be used as a quick system for functional studies of Lathyrus genes.

The field experiment conducted at the Students Instructional Farm of Acharya Narendra Deva University of Agriculture and Technology, Kumarganj, Ayodhya (U.P.) during Kharif 2023 explored the impact of various treatments on the effect of Panchgavya and Jeevamrut on the yield, chemical, and biological properties of soil, and nutrient uptake by Kharif Bajra (Pennisetum glaucum L.) crop replicated thrice with 09 treatments.The present study addressing environmental concern to protect plants from stress, kill pathogens and improves plant & soil health. The results indicated that T7 Panchgavya (6% foliar spray) + Jeevamrut (soil application @ 500 l ha-1), demonstrated significantly higher growth parameters such as plant height and dry matter, higher yield attributes including effective tillers per plant (10.45), panicle length (24.46 cm), test weight (8.00 g), grain yield (44.93 q/ha), and straw yield (73.94 q/ha) with highest gross return (Rs. 1,27,113). Post harvest available soil N, P and K status and uptake was also influenced by T7 Panchgavya (6 % foliar spray) +Jeevamrutha (soil application @500 L ha-1), Similarly, the population of bacteria, fungi and actinomycetes (14.50 cfu x 106 g -1, 8.73 cfu x 103 g -1, 11.30 cfu x 104 g -1, respectively) were significantly higher after harvest as compared to other treatments.The research suggested a valuable practice for farmers to adopt ecologically sound practices, to protect plants from stress, kill the pathogens, improve the plant & soil health and preserving the delicate dynamics of organic/ natural farming

Iron is an essential micronutrient for all organisms. In crop plants, iron deficiency can decrease crop yield significantly, however our current understanding of how major crops respond to iron deficiency remains limited. Herein, the effect of Fe deprivation at both the transcriptomic and metabolic levels in hexaploid wheat was investigated. Genome-wide gene expression reprogramming was observed in wheat roots subjected to Fe starvation, with a total of 5854 genes differential expressed. Homoeolog and subgenome specific analysis unveiled induction bias contribution from the A and B genomes. In general, the predominance of genes encoding for nicotianamine synthase, yellow stripe like transporters, metal transporters, ABC transporters and zinc-induced facilitator-like protein was noticed. Expression of genes related to the strategy-II mode of Fe uptake was predominant as well. Our transcriptomic data were in agreement with the GC-MS analysis that showed the enhanced accumulation of various metabolites such as fumarate, malonate, succinate and xylofuranose, which could be contributing to Fe-mobilization. Interestingly, Fe starvation leads to significant temporal increase of glutathione-S-transferase both at transcriptional and in enzymatic activity levels, which indicates the involvement of glutathione in response to Fe stress in wheat roots. Taken together, our result provides new insight into the wheat response to Fe starvation at molecular level and lays foundation to design new strategies for the improvement of Fe nutrition in crops.

Iron is one of the important micronutrients that is not just essential for the human body, but also required for crop productivity and yield-related traits. To address the Fe homeostasis in crop plants, multiple transporters belonging to the category of Major facilitator superfamily are being explored. In this direction, Vacuolar iron transporters (VIT) are being reported and have been characterized functionally as an important candidate to address biofortification in cereal crops. In the present study, the identification and characterization of new members of Vacuolar iron transporters-like proteins (VTL) was performed. Phylogenetic analyses demonstrated distinct clustering of all the VTL genes from the previously known VIT genes. Our analysis identifies multiple VTL genes from hexaploid wheat with the highest number of this gene family localized on chromosome 2. Quantitative expression analysis suggests that most of the VTL genes are induced only during the Fe surplus condition, thereby reinforcing their role metal homeostasis. Interestingly, most of the wheat VTL genes were significantly up-regulated in a tissue-specific manner under Zn, Mn and Cu deficiency conditions. Although, no significant changes in expression of wheat VTL genes were observed in roots under heavy metals, but TaVTL2, TaVTL3 and TaVTL5 were upregulated in the presence of cobalt stress. Overall, this work deals with the characterization of wheat VTL genes that could provide an important genetic resource for addressing metal homeostasis in bread wheat.

Inositol pyrophosphates (PPx-InsPs) are of key interest, since they are known to participate in multiple physiological processes from lower eukaryotes to humans. However, limited knowledge is available for their role in plants and especially in crops. In this study, two diphosphoinositol pentakisphosphate kinase PPIP5K wheat homologs, TaVIH1 and TaVIH2 were identified and characterized for their spatio-temporal expression along with their physiological functions. The biochemical assay demonstrated the presence of active VIH-kinase domains as evident from the InsP6 phosphorylation activity. The yeast complementation assays showed differential function, where only TaVIH2-3B was capable of rescuing the growth defects of yeast vip1Δ genotype. Reporter assays with TaVIH2-promoter in Arabidopsis displayed strong GUS expression in response to dehydration stress and Pi-starvation with similar observations noted at the transcriptional level. In an attempt to identify VIH2 function, a yeast two hybrid screen of wheat library resulted in the identification of multiple interacting proteins primarily associated with cell-wall. One such interactor of wheat VIH2-3B was identified to be a Fasciclin-like arabinogalactan protein (FLA6) that was confirmed by pull-down assay. Systematic analysis of transgenic Arabidopsis overexpressing TaVIH2-3B protein showed robust growth and enhanced relative water content when compared to controls. Biochemical analysis of their cell-wall components in the shoots resulted in increased accumulation of polysaccharides such as cellulose, arabinogalactan and arabinoxylan, whereas Atvih2-3 mutant showed decrease in some of these components. Overall, our results provide novel insight into the functional role of inositol pyrophosphate kinases that modulate cell-wall components so as to provide tolerance towards the dehydration stress.

Abstract Ferroportin (FPN) belongs to the Major Facilitator Superfamily of transporters and is a known iron (Fe) exporter in humans, with orthologues also present in plant species. Human FPN is subjected to multi-level regulation at transcriptional, post-transcriptional, and post-translational levels. How plant FPNs are regulated remains to be explored. In the current study, we have characterized wheat FPN1, a plasma-membrane localized protein, for its role in Fe homeostasis. A spatial-temporal expression analysis of wheat FPN1 suggested that its tissue-specific expression is differentially upregulated during Fe deficiency conditions. Unlike human FPN, plant FPN lacks the necessary sites for hepcidin binding, thereby emphasizing the need to explore the transcriptional/post-transcriptional mode of regulation. The lack of Iron Responsive Elements (IRE) in TaFPN1 promoter suggests no direct regulation through the Iron Regulatory Protein (IRP) mechanism like in humans. Further, to explore the miRNA-mediated regulation, we identified Fe-regulated tae-miR1130b-3p capable of targeting TaFPN1 under in-vivo conditions. Transcript expression of tae-miR1130b-3p negatively correlates with the TaFPN1 . This alternative regulation pathway suggests a complex network of interactions governing the expression of genes involved in iron homeostasis, highlighting the intricacies of cellular regulatory mechanisms. Altogether, the work will unravel the cellular and physiological role of wheat FPN and contribute to a comprehensive understanding of plant iron homeostasis.

Abstract Iron (Fe) is an essential nutrient for plants that is indispensable for many physiological activities. Although few genotypes were identified with contrasting tolerance to Fe deficiency, the molecular insight into the distinct biochemical and transcriptional responses determining the trait is poorly known. This study aimed to identify the molecular and biochemical basis for the contrasting Fe deficiency tolerance in wheat genotype showing tolerance to Fe deficiency (cv. Kanchan-KAN) compared to susceptible (cv. PBW343-PBW) cultivar. Under Fe deficiency, the KAN show delayed chlorosis, high SPAD values and low malondialdehyde activity compared to PBW. The shoot transcriptomics studies show that a large set of genes for photosynthetic pathways were highly induced in PBW, suggesting its sensitivity to Fe deficiency. Although, under Fe deficiency, both the cultivars show distinct molecular re-arrangements, including high expression of genes involved in Fe uptake (including membrane transporters) and mobilization, the gene expression level was higher in KAN. Furthermore, the KAN cultivar also shows high ubiquitination activity in the shoot tissue suggesting a high turnover of proteins in the tolerant cultivar. These observations were also co-related with the high root phytosiderophores biosynthesis and its release that contributes to the enhanced Fe translocation index in KAN. Overall, our work provides the key link to understanding the mechanistic insight for the Fe deficiency tolerance in hexaploid wheat. This will enable wheat breeders to select genotypes for better Fe use efficiency for agriculture.

Abstract Background Iron (Fe) is an essential mineral element, and its deficiency in soil largely affects crop productivity. In plants, the molecular mechanisms underlying the genetic regulation of Fe deficiency responses have yet to be well understood. Specifically, microRNA (miRNA) mediated regulation of Fe deficiency response and its regulatory network is largely elusive. In the current work, we utilized a whole genome transcriptomic approach to identify the Fe deficiency-responsive miRNAs to understand the molecular mechanisms of Fe deficiency response in wheat seedlings. The study also identifies nine novel miRNAs putatively involved in Fe deficiency response. Further, the identified miRNAs showed tissue preferences relating them to differential mechanisms against Fe deficiency. Results In the present study, we performed small RNA-targeted whole genome transcriptome analysis to identify the involvement of sRNAs in Fe deficiency response. The analysis identified 105 differentially expressed miRNAs corresponding to Fe deficiency response, among them, 9 miRNAs were found to be novel in this study. Interestingly, tissue-specific regulation of Fe deficiency response also participates through miRNA-mediated regulation. We identified 17 shoot specific miRNAs and 18 root-specific miRNAs with altered expression. We validated the tissue specificity of these miRNAs by stem-loop quantitative RT-PCR. Further, an attempt was made to predict their targets to speculate their participation in Fe deficiency response. This miRNA target prediction analysis suggested a few major targets of the identified miRNAs, such as multicopper oxidases, E3 ubiquitin ligases, GRAS family, and WRKY transcription factors previously known to play key roles in Fe homeostasis. Our analysis of selected miRNAs also confirmed a temporal regulation of the response. Conclusion The first information generated here will classify the repository of wheat miRNAs (with few novel miRNAs) for their role in Fe deficiency response. Our work provides insights into miRNA-mediated regulatory pathways during Fe deficiency.