Drought represents a major constraint on maize production worldwide. Understanding the genetic basis for natural variation in drought tolerance of maize may facilitate efforts to improve this trait in cultivated germplasm. Here, using a genome-wide association study, we show that a miniature inverted-repeat transposable element (MITE) inserted in the promoter of a NAC gene (ZmNAC111) is significantly associated with natural variation in maize drought tolerance. The 82-bp MITE represses ZmNAC111 expression via RNA-directed DNA methylation and H3K9 dimethylation when heterologously expressed in Arabidopsis. Increasing ZmNAC111 expression in transgenic maize enhances drought tolerance at the seedling stage, improves water-use efficiency and induces upregulation of drought-responsive genes under water stress. The MITE insertion in the ZmNAC111 promoter appears to have occurred after maize domestication and spread among temperate germplasm. The identification of this MITE insertion provides insight into the genetic basis for natural variation in maize drought tolerance.

MicroRNA319 (miR319) is one of the first characterized and conserved microRNA families in plants and has been demonstrated to target TCP (for TEOSINTE BRANCHED/CYCLOIDEA/PROLIFERATING CELL FACTORS [PCF]) genes encoding plant-specific transcription factors. MiR319 expression is regulated by environmental stimuli, suggesting its involvement in plant stress response, although experimental evidence is lacking and the underlying mechanism remains elusive. This study investigates the role that miR319 plays in the plant response to abiotic stress using transgenic creeping bentgrass (Agrostis stolonifera) overexpressing a rice (Oryza sativa) miR319 gene, Osa-miR319a. We found that transgenic plants overexpressing Osa-miR319a displayed morphological changes and exhibited enhanced drought and salt tolerance associated with increased leaf wax content and water retention but reduced sodium uptake. Gene expression analysis indicated that at least four putative miR319 target genes, AsPCF5, AsPCF6, AsPCF8, and AsTCP14, and a homolog of the rice NAC domain gene AsNAC60 were down-regulated in transgenic plants. Our results demonstrate that miR319 controls plant responses to drought and salinity stress. The enhanced abiotic stress tolerance in transgenic plants is related to significant down-regulation of miR319 target genes, implying their potential for use in the development of novel molecular strategies to genetically engineer crop species for enhanced resistance to environmental stress.

Abstract Many of the world’s most serious crop diseases are caused by hemibiotrophic fungi. These pathogens have evolved the ability to colonize living plant cells, suppressing plant immunity responses, before switching to necrotrophic growth, in which host cells die, providing the energy to fuel sporulation and spread of the fungus. How hemibiotrophic pathogens switch between these two lifestyles remains poorly understood. Here, we report that the devastating rice blast fungus, Magnaporthe oryzae , manipulates host cellular pH to regulate hemibiotrophy. During infection by M. oryzae , host plant cells are alkalinized to pH 7.8 during biotrophic growth, but later acidified to pH 6.5 during necrotrophy. Using a forward genetic screen, we identified alkaline-sensitive mutants of M. oryzae that were blocked in biotrophic proliferation and impaired in induction of host cell acidification and necrotrophy. These mutants defined components of the PacC-dependent ambient pH signal transduction pathway in M. oryzae . We report that PacC exists as a full-length repressor, PacC 559 , and a truncated transcriptional activator, PacC 222 , which localize to the fungal nucleus during biotrophic growth and to the cytoplasm during necrotrophy. During biotrophy, PacC 222 directly activates genes associated with nutrient acquisition and fungal virulence, while PacC 559 represses genes associated with saprophytic mycelial growth and sporulation, which are subsequently de-repressed during necrotrophy. When considered together, our results indicate that temporal regulation of hemibiotrophy by M. oryzae requires PacC-dependent sensing and manipulation of host cellular pH. Author Summary Crop diseases caused by fungi represent some of the most serious threats to global food security. Many fungal pathogens have evolved the ability to invade living plant tissue and suppress host immunity, before switching to a completely different mode of growth, in which they are able to kill host plant cells. This lifestyle– called hemibiotrophy –is exemplified by the blast fungus, Magnaporthe oryzae , which causes devastating diseases of rice, wheat and many other grasses. We found that during infection by M. oryzae , host cells initially have an alkaline pH, when the fungus is growing in living tissue, but pH rapidly becomes acidic, as host tissue is killed. We identified mutants of the blast fungus that were sensitive to alkaline pH and this enabled us to identify the signal transduction pathway by which the fungus responds to changes in ambient pH. We found that mutants in the pH response pathway were blocked in invasive fungal growth and could not cause acidification of host tissue. Consequently, they are unable to cause blast disease. We characterized the central regulator of this pathway, the PacC transcription factor, which unusually can act as both a repressor and an activator of fungal gene expression. During biotrophic invasive growth, PacC activates many genes previously reported to be required for virulence, including several associated with nutrient acquisition, and at the same time represses genes associated with vegetative growth and sporulation. The PacC signaling pathway is therefore necessary for regulating the switch in fungal lifestyle associated with causing blast disease.

Abstract Cotton ( Gossypium hirsutum L.) is the key renewable fibre crop worldwide, yet its yield and fibre quality show high variability due to genotype-specific traits and complex interactions among cultivars, management practices and environmental factors. Modern breeding practices may limit future yield gains due to a narrow founding gene pool. Precision breeding and biotechnological approaches offer potential solutions, contingent on accurate cultivar-specific data. Here we address this need by generating high-quality reference genomes for three modern cotton cultivars (‘UGA230’, ‘UA48’ and ‘CSX8308’) and updating the ‘TM-1’ cotton genetic standard reference. Despite hypothesized genetic uniformity, considerable sequence and structural variation was observed among the four genomes, which overlap with ancient and ongoing genomic introgressions from ‘Pima’ cotton, gene regulatory mechanisms and phenotypic trait divergence. Differentially expressed genes across fibre development correlate with fibre production, potentially contributing to the distinctive fibre quality traits observed in modern cotton cultivars. These genomes and comparative analyses provide a valuable foundation for future genetic endeavours to enhance global cotton yield and sustainability.

Black pepper plants maintain synchronous vegetative growth and flowering during their lifetimes, even in the juvenile phase. How to limit the duration of flowering, facilitate a return to vegetative development should be studied. Light intensity has been reported to affect the levels of stored carbohydrates in some horticultural trees. However, it is unclear whether increased flowering intensity in adaptable light intensity is due to the regulation of carbohydrates in black pepper. Here, we report the characterization of carbohydrates and enzyme turnover in major source leaves under shading treatments during the juvenile phase of pepper. In addition to the previous finding that carbohydrate levels are correlated with flowering time, we report the novel finding that carbohydrate contents in the leaves control floral quantity. To gain insights into the underlying physiological mechanisms, we analyzed the effect of shading on sugar contents and floral transition, which revealed that shading regulated carbohydrate levels, an increase in starch accumulation improved floral quantity, and sucrose-starch ratio played a negative role in inflorescence quantity. Based on this analysis, we characterized the changes in enzyme activities in the leaves that affect carbohydrate dynamics and identified the key indicator enzymes and optimal shading intensity for the five developmental periods.

Abstract Urea is a popular foliar nitrogen (N) source in turfgrass (TG) management. Before urea can be assimilated, it must be hydrolyzed by urease, a nickel (Ni) dependent metalloenzyme, into ammonium and carbon dioxide. Due to the prevalence of urea use in TG management and the low use efficiency associated with N fertility, more research is necessary to improve efficiency of foliar applied N. Two experiments were conducted to examine N metabolism under foliar urea fertility and Ni application of two warm‐season TG species. TifEagle ultradwarf bermudagrass [ Cynodon dactylon (L) Pers. × C. transvaalensis Burtt‐Davy] and Diamond zoysiagrass [ Zoysia matrella (L.) Merr.] were established in solution culture containing three Ni concentrations [Control (tap water), 200, and 400 µg Ni L −1 ]. Urease activity and amino acid pools were increased under Ni applications, however, an overall decrease in N concentration in leaf tissue was observed over the course of the study. In the second study, TifEagle and Diamond received four Ni concentrations (Control, 400, 800, and 1600 µM supplied as NiCl 2 ) with irrigation to replace evapotranspiration (ET) every 48 h for 6 weeks. The Control turfgrass not receiving Ni had 3 mg kg −1 Ni concentrations in leaf tissue and no toxicity symptoms. Visual toxicity symptoms and growth reductions were observed in TG receiving 400, 800, and 1600 µM Ni regimes which resulted in leaf tissue Ni concentrations of 101, 227, and 420, respectively. There was a reduction in clipping yields from Diamond and TifEagle receiving 1600 µM Ni compared to Control (24.1% and 32.5%, respectively, p < 0.0001 for both), and a significant linear relationship ( p = 0.004, R 2 = 0.34 and ( p < 0.0001, R 2 = 0.47, respectively) between Ni concentration and clipping yield. Growth and quality of Diamond and TifEagle declined as leaf tissue Ni concentration surpassed 3 mg kg −1 .