The Arabidopsis thaliana NPR1 has been shown to be a key regulator of gene expression during the onset of a plant disease-resistance response known as systemic acquired resistance. The npr1 mutant plants fail to respond to systemic acquired resistance-inducing signals such as salicylic acid (SA), or express SA-induced pathogenesis-related ( PR ) genes. Using NPR1 as bait in a yeast two-hybrid screen, we identified a subclass of transcription factors in the basic leucine zipper protein family (AHBP-1b and TGA6) and showed that they interact specifically in yeast and in vitro with NPR1. Point mutations that abolish the NPR1 function in A. thaliana also impair the interactions between NPR1 and the transcription factors in the yeast two-hybrid assay. Furthermore, a gel mobility shift assay showed that the purified transcription factor protein, AHBP-1b, binds specifically to an SA-responsive promoter element of the A. thaliana PR-1 gene. These data suggest that NPR1 may regulate PR-1 gene expression by interacting with a subclass of basic leucine zipper protein transcription factors.

The recently cloned NPR1 gene of Arabidopsis thaliana is a key regulator of acquired resistance responses. Upon induction, NPR1 expression is elevated and the NPR1 protein is activated, in turn inducing expression of a battery of downstream pathogenesis-related genes. In this study, we found that NPR1 confers resistance to the pathogens Pseudomonas syringae and Peronospora parasitica in a dosage-dependent fashion. Overexpression of NPR1 leads to enhanced resistance with no obvious detrimental effect on the plants. Thus, for the first time, a single gene is shown to be a workable target for genetic engineering of nonspecific resistance in plants.

Salicylic acid (SA) is a plant defense hormone required for immunity. Arabidopsis NPR1 and NPR3/NPR4 were previously shown to bind SA and all three proteins were proposed as SA receptors. NPR1 functions as a transcriptional co-activator, whereas NPR3/NPR4 were suggested to function as E3 ligases that promote NPR1 degradation. Here we report that NPR3/NPR4 function as transcriptional co-repressors and SA inhibits their activities to promote the expression of downstream immune regulators. npr4-4D, a gain-of-function npr4 allele that renders NPR4 unable to bind SA, constitutively represses SA-induced immune responses. In contrast, the equivalent mutation in NPR1 abolishes its ability to bind SA and promote SA-induced defense gene expression. Further analysis revealed that NPR3/NPR4 and NPR1 function independently to regulate SA-induced immune responses. Our study indicates that both NPR1 and NPR3/NPR4 are bona fide SA receptors, but play opposite roles in transcriptional regulation of SA-induced defense gene expression.

Arabidopsis nonexpresser of pathogenesis-related (PR) genes (NPR1) is the sole positive regulator that has been shown to be essential for the induction of systemic acquired resistance. In npr1 mutant plants, salicylic acid (SA)-mediated PR gene expression and pathogen resistance are abolished completely. NPR1 has been shown to interact with three closely related TGA transcription factors-TGA2, TGA5, and TGA6-in yeast two-hybrid assays. To elucidate the biological functions of these three TGA transcription factors, we analyzed single and combined deletion knockout mutants of TGA2, TGA5, and TGA6 for SA-induced PR gene expression and pathogen resistance. Induction of PR gene expression and pathogen resistance by the SA analog 2,6-dichloroisonicotinic acid (INA) was blocked in tga6-1 tga2-1 tga5-1 but not in tga6-1 or tga2-1 tga5-1 plants. Loss of INA-induced resistance to Peronospora parasitica Noco2 cosegregated with the tga6-1 mutation in progeny of multiple lines that were heterozygous for tga6-1 and homozygous for tga2-1 tga5-1 and could be complemented by genomic clones of wild-type TGA2 or TGA5, indicating that TGA2, TGA5, and TGA6 encode redundant and essential functions in the positive regulation of systemic acquired resistance. In addition, tga6-1 tga2-1 tga5-1 plants had reduced tolerance to high levels of SA and accumulated higher basal levels of PR-1 under noninducing conditions, suggesting that these TGA factors also are important for SA tolerance and the negative regulation of the basal expression of PR-1.

Plants have evolved sophisticated defense mechanisms against pathogen infections, during which resistance (R) genes play central roles in recognizing pathogens and initiating defense cascades. Most of the cloned R genes share two common domains: the central domain, which encodes a nucleotide binding adaptor shared by APAF-1, certain R proteins, and CED-4 (NB-ARC), plus a C-terminal region that encodes Leu-rich repeats (LRR). In Arabidopsis, a dominant mutant, suppressor of npr1-1, constitutive 1 (snc1), was identified previously that constitutively expresses pathogenesis-related (PR) genes and resistance against both Pseudomonas syringae pv maculicola ES4326 and Peronospora parasitica Noco2. The snc1 mutation was mapped to the RPP4 cluster. In snc1, one of the TIR-NB-LRR–type R genes contains a point mutation that results in a single amino acid change from Glu to Lys in the region between NB-ARC and LRR. Deletions of this R gene in snc1 reverted the plants to wild-type morphology and completely abolished constitutive PR gene expression and disease resistance. The constitutive activation of the defense responses was not the result of the overexpression of the R gene, because its expression level was not altered in snc1. Our data suggest that the point mutation in snc1 renders the R gene constitutively active without interaction with pathogens. To analyze signal transduction pathways downstream of snc1, epistasis analyses between snc1 and pad4-1 or eds5-3 were performed. Although the resistance signaling in snc1 was fully dependent on PAD4, it was only partially affected by blocking salicylic acid (SA) synthesis, suggesting that snc1 activates both SA-dependent and SA-independent resistance pathways.

Abstract The recognition of carbohydrate moieties by cells of the innate immune system is emerging as an essential element in antifungal immunity, but despite the number and diversity of lectins expressed by innate immune cells, few carbohydrate receptors have been characterized. Mincle, a C-type lectin, is expressed predominantly on macrophages, and is here shown to play a role in macrophage responses to the yeast Candida albicans. After exposure to the yeast in vitro, Mincle localized to the phagocytic cup, but it was not essential for phagocytosis. In the absence of Mincle, production of TNF-α by macrophages was reduced, both in vivo and in vitro. In addition, mice lacking Mincle showed a significantly increased susceptibility to systemic candidiasis. Thus, Mincle plays a novel and nonredundant role in the induction of inflammatory signaling in response to C. albicans infection.

Abstract The function of PsBRC1, the pea (Pisum sativum) homolog of the maize (Zea mays) TEOSINTE BRANCHED1 and the Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) BRANCHED1 (AtBRC1) genes, was investigated. The pea Psbrc1 mutant displays an increased shoot-branching phenotype, is able to synthesize strigolactone (SL), and does not respond to SL application. The level of pleiotropy of the SL-deficient ramosus1 (rms1) mutant is higher than in the Psbrc1 mutant, rms1 exhibiting a relatively dwarf phenotype and more extensive branching at upper nodes. The PsBRC1 gene is mostly expressed in the axillary bud and is transcriptionally up-regulated by direct application of the synthetic SL GR24 and down-regulated by the cytokinin (CK) 6-benzylaminopurine. The results suggest that PsBRC1 may have a role in integrating SL and CK signals and that SLs act directly within the bud to regulate its outgrowth. However, the Psbrc1 mutant responds to 6-benzylaminopurine application and decapitation by increasing axillary bud length, implicating a PsBRC1-independent component of the CK response in sustained bud growth. In contrast to other SL-related mutants, the Psbrc1 mutation does not cause a decrease in the CK zeatin riboside in the xylem sap or a strong increase in RMS1 transcript levels, suggesting that the RMS2-dependent feedback is not activated in this mutant. Surprisingly, the double rms1 Psbrc1 mutant displays a strong increase in numbers of branches at cotyledonary nodes, whereas branching at upper nodes is not significantly higher than the branching in rms1. This phenotype indicates a localized regulation of branching at these nodes specific to pea.

Salicylic acid (SA) is a defense hormone required for both local and systemic acquired resistance (SAR) in plants. Pathogen infections induce SA synthesis through up-regulating the expression of Isochorismate Synthase 1 ( ICS1 ), which encodes a key enzyme in SA production. Here we report that both SAR Deficient 1 (SARD1) and CBP60g are key regulators for ICS1 induction and SA synthesis. Whereas knocking out SARD1 compromises basal resistance and SAR, overexpression of SARD1 constitutively activates defense responses. In the sard1-1 cbp60g-1 double mutant, pathogen-induced ICS1 up-regulation and SA synthesis are blocked in both local and systemic leaves, resulting in compromised basal resistance and loss of SAR. Electrophoretic mobility shift assays showed that SARD1 and CBP60g represent a plant-specific family of DNA-binding proteins. Both proteins are recruited to the promoter of ICS1 in response to pathogen infections, suggesting that they control SA synthesis by regulating ICS1 at the transcriptional level.

Abstract Pathogen/microbe-associated molecular patterns (PAMPs/MAMPs) trigger plant immunity that forms the first line inducible defenses in plants. The regulatory mechanism of MAMP-triggered immunity, however, is poorly understood. Here, we show that Arabidopsis thaliana transcription factors ETHYLENE INSENSITIVE3 (EIN3) and ETHYLENE INSENSITIVE3-LIKE1 (EIL1), previously known to mediate ethylene signaling, also negatively regulate PAMP-triggered immunity. Plants lacking EIN3 and EIL1 display enhanced PAMP defenses and heightened resistance to Pseudomonas syringae bacteria. Conversely, plants overaccumulating EIN3 are compromised in PAMP defenses and exhibit enhanced disease susceptibility to Pseudomonas syringae. Microarray analysis revealed that EIN3 and EIL1 negatively control PAMP response genes. Further analyses indicated that SALICYLIC ACID INDUCTION DEFICIENT2 (SID2), which encodes isochorismate synthase required for pathogen-induced biosynthesis of salicylic acid (SA), is a key target of EIN3 and EIL1. Consistent with this, the ein3-1 eil1-1 double mutant constitutively accumulates SA in the absence of pathogen attack, and a mutation in SID2 restores normal susceptibility in the ein3 eil1 double mutant. EIN3 can specifically bind SID2 promoter sequence in vitro and in vivo. Taken together, our data provide evidence that EIN3/EIL1 directly target SID2 to downregulate PAMP defenses.

The nucleotide-binding domain and leucine-rich repeats containing proteins (NLRs) serve as immune receptors in both plants and animals. Overaccumulation of NLRs often leads to autoimmune responses, suggesting that the levels of these immune receptors must be tightly controlled. However, the mechanism by which NLR protein levels are regulated is unknown. Here we report that the F-box protein CPR1 controls the stability of plant NLR resistance proteins. Loss-of-function mutations in CPR1 lead to higher accumulation of the NLR proteins SNC1 and RPS2, as well as autoactivation of immune responses. The autoimmune responses in cpr1 mutant plants can be largely suppressed by knocking out SNC1 . Furthermore, CPR1 interacts with SNC1 and RPS2 in vivo, and overexpressing CPR1 results in reduced accumulation of SNC1 and RPS2, as well as suppression of immunity mediated by these two NLR proteins. Our data suggest that SKP1-CULLIN1-F-box (SCF) complex-mediated stability control of plant NLR proteins plays an important role in regulating their protein levels and preventing autoimmunity.