The microRNA miR393 has been shown to play a role in plant development and in the stress response by targeting mRNAs that code for the auxin receptors in Arabidopsis. In this study, we verified that two rice auxin receptor gene homologs (OsTIR1 and OsAFB2) could be targeted by OsmiR393 (Os for Oryza sativa). Two new phenotypes (increased tillers and early flowering) and two previously observed phenotypes (reduced tolerance to salt and drought and hyposensitivity to auxin) were observed in the OsmiR393-overexpressing rice plants. The OsmiR393-overexpressing rice demonstrated hyposensitivity to synthetic auxin-analog treatments. These data indicated that the phenotypes of OsmiR393-overexpressing rice may be caused through hyposensitivity to the auxin signal by reduced expression of two auxin receptor genes (OsTIR1 and OsAFB2). The expression of an auxin transporter (OsAUX1) and a tillering inhibitor (OsTB1) were downregulated by overexpression of OsmiR393, which suggested that a gene chain from OsmiR393 to rice tillering may be from OsTIR1 and OsAFB2 to OsAUX1, which affected the transportation of auxin, then to OsTB1, which finally controlled tillering. The positive phenotypes (increased tillers and early flowering) and negative phenotypes (reduced tolerance to salt and hyposensitivity to auxin) of OsmiR393-overexpressing rice present a dilemma for molecular breeding.

Cadmium (Cd) is an environmental pollutant with high toxicity to animals and plants. It has been established that the glutathione (GSH)-dependent phytochelatin (PC) synthesis pathway is one of the most important mechanisms contributing to Cd accumulation and tolerance in plants. However, the transcription factors involved in regulating GSH-dependent PC synthesis pathway remain largely unknown. Here, we identified an Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) Cd-resistant mutant xcd2-D (XVE system-induced cadmium-tolerance2) using a forward genetics approach. The mutant gene underlying xcd2-D mutation was revealed to encode a known zinc-finger transcription factor, ZAT6. Transgenic plants overexpressing ZAT6 showed significant increase of Cd tolerance, whereas loss of function of ZAT6 led to decreased Cd tolerance. Increased Cd accumulation and tolerance in ZAT6-overexpressing lines was GSH dependent and associated with Cd-activated synthesis of PC, which was correlated with coordinated activation of PC-synthesis related gene expression. By contrast, loss of function of ZAT6 reduced Cd accumulation and tolerance, which was accompanied by abolished PC synthesis and gene expression. Further analysis revealed that ZAT6 positively regulates the transcription of GSH1, GSH2, PCS1, and PCS2, but ZAT6 is capable of specifically binding to GSH1 promoter in vivo. Consistently, overexpression of GSH1 has been shown to restore Cd sensitivity in the zat6-1 mutant, suggesting that GSH1 is a key target of ZAT6. Taken together, our data provide evidence that ZAT6 coordinately activates PC synthesis-related gene expression and directly targets GSH1 to positively regulate Cd accumulation and tolerance in Arabidopsis.

Abstract Adaptor protein (AP) complexes are evolutionarily conserved vesicle transport regulators that recruit coat proteins, membrane cargos and coated vesicle accessory proteins. Since in plants endocytic and post-Golgi trafficking intersect at the trans -Golgi network, unique mechanisms for sorting cargos of overlapping vesicular routes are anticipated. The plant AP complexes are part of the sorting machinery, but despite some functional information, their cargoes, accessory proteins, and regulation remain largely unknown. Here, by means of various proteomics approaches, we generated the overall interactome of the five AP and the TPLATE complexes in Arabidopsis thaliana . The interactome converged on a number of hub proteins, including the thus far unknown adaptin binding-like protein, designated P34. P34 interacted with the clathrin-associated AP complexes, controlled their stability and, subsequently, influenced clathrin-mediated endocytosis and various post-Golgi trafficking routes. Altogether, the AP interactome network offers substantial resources for further discoveries of unknown endomembrane trafficking regulators in plant cells.

ABSTRACT A large part of a plants’ developmental plasticity relies on the activities of the phytohormone auxin and the regulation of its own distribution. This process involves a cohort of transcriptional and non-transcriptional effects of auxin on polar auxin transport, regulating the abundancy, biochemical activity and polar localization of the molecular components, predominantly PIN auxin exporters. While the transcriptional auxin signaling cascade has been well characterized, the mechanism and role of non-transcriptional auxin signaling remains largely elusive. Here, we addressed the potential involvement of auxin-induced Ca 2+ signaling in auxin’s inhibitory effect on PIN endocytic trafficking. On the one hand, exogenous manipulations of Ca 2+ availability and signaling effectively antagonized auxin effects suggesting that auxin-induced Ca 2+ signaling is required for inhibition of internalization. On the other hand, we addressed the auxin-mediated inhibition of PIN internalization in the auxin signaling ( tir1afb2,3 ) or Ca 2+ channel ( cngc14 ) mutants. These mutants were strongly defective in auxin-triggered Ca 2+ signaling, but not in auxin-inhibited internalization. These data imply that, while Ca 2+ signaling may be required for normal PIN trafficking, auxin-mediated increase in Ca 2+ signaling is not a direct part of a downstream mechanism that mediates auxin effects on Brefeldin A-visualized PIN intercellular aggregation. These contrasting results obtained by comparing the mutant analysis versus the exogenous manipulations of Ca 2+ availability and signaling illustrate the critical importance of genetics to unravel the role of Ca 2+ in a process of interest.

The compromise of permeability and selectivity is a central paradigm in gills by which the gill filaments perform rapid intake of oxygen (O2) and rejection of carbon dioxide (CO2) in a benign physiological environment. Such an efficient separation in nature is a key dogma in designing biomimetic separation systems, yet the fundamental challenge of the permeability–selectivity trade-off still remains a nascence. In this study, we report a gill-inspired diffusion dialysis membrane for acid recovery from heavy metal wastewater with a high permeation efficiency of acid ions (H+) and robust rejection of cadmium ions (Cd2+) plus stable performances against repeated separations. This membrane was fabricated by vacuum filtration of a nanocomposite regime featuring natural protein nanoparticles attached to the rod-shaped attapulgites. The stacking of such anisotropic building blocks endowed the membranes with capacious channels for H+ transport, while the electropositivity of proteins enabled robust rejection of Cd2+. The enhanced separation performance of this membrane mimicked the art of gills with gill arches, enlarging the specific area of gill filaments arresting O2 but expelling CO2. As a result, the membrane exhibited a high H+ dialysis coefficient (0.049 m·h–1) and H+/Cd2+ selectivity (SH/Cd = 23.3) with excellent long-term operational stability and general applicability (SH/Cu = 26.3, SH/Pb = 18.1, SH/Ca = 23.3, and SH/Mg = 18.6) suitable for practical applications.