Low temperature is one of the most important environmental stimuli that control gene transcription programs and development in plants. In Arabidopsis thaliana , the HOS1 locus is a key negative regulator of low temperature-responsive gene transcription. The recessive hos1 mutation causes enhanced induction of the CBF transcription factors by low temperature as well as of their downstream cold-responsive genes. The hos1 mutant plants flower early, and this correlates with a low level of Flowering Locus C gene expression. The HOS1 gene was isolated through positional cloning. HOS1 encodes a novel protein with a RING finger motif near the amino terminus. HOS1 is ubiquitously expressed in all plant tissues. HOS1–GFP translational fusion studies reveal that HOS1 protein resides in the cytoplasm at normal growth temperatures. However, in response to low temperature treatments, HOS1 accumulates in the nucleus. Ectopic expression of HOS1 in wild-type plants causes cosuppression of HOS1 expression and mimics the hos1 mutant phenotypes.

The biological functions of WRKY transcription factors in plants have been widely studied, but their roles in abiotic stress are still not well understood. We isolated an ABA overly sensitive mutant, abo3, which is disrupted by a T-DNA insertion in At1g66600 encoding a WRKY transcription factor AtWRKY63. The mutant was hypersensitive to ABA in both seedling establishment and seedling growth. However, stomatal closure was less sensitive to ABA, and the abo3 mutant was less drought tolerant than the wild type. Northern blot analysis indicated that the expression of the ABA-responsive transcription factor ABF2/AREB1 was markedly lower in the abo3 mutant than in the wild type. The abo3 mutation also reduced the expression of stress-inducible genes RD29A and COR47, especially early during ABA treatment. ABO3 is able to bind the W-box in the promoter of ABF2in vitro. These results uncover an important role for a WRKY transcription factor in plant responses to ABA and drought stress.

Soil salinity is a major abiotic stress that decreases plant growth and productivity. Recently, it was reported that plants overexpressing AtNHX1 or SOS1 have significantly increased salt tolerance. To test whether overexpression of multiple genes can improve plant salt tolerance even more, we produced six different transgenic Arabidopsis plants that overexpress AtNHX1, SOS3, AtNHX1+SOS3, SOS1, SOS2+SOS3, or SOS1+SOS2+SOS3. Northern blot analyses confirmed the presence of high levels of the relevant gene transcripts in transgenic plants. Transgenic Arabidopsis plants overexpressing AtNHX1 alone did not present any significant increase in salt tolerance, contrary to earlier reports. We found that transgenic plants overexpressing SOS3 exhibit increased salt tolerance similar to plants overexpressing SOS1. Moreover, salt tolerance of transgenic plants overexpressing AtNHX1+SOS3, SOS2+SOS3, or SOS1+SOS2+SOS3, respectively, appeared similar to the tolerance of transgenic plants overexpressing either SOS1 or SOS3 alone.

Summary In Arabidopsis, the C‐repeat binding factors ( CBF s) have been extensively studied as key transcription factors in the cold stress response. However, their exact functions in the cold response remains unclear due to the lack of a null cbf triple mutant. In this study, we used CRISPR /Cas9 technology to mutate CBF 1 or CBF 1/ CBF 2 in a cbf3 T‐ DNA insertion mutant to generate cbf1,3 double and cbf1 cbf2 cbf3 ( cbfs ) triple mutants. The response of the cbfs triple mutants to chilling stress is impaired. Furthermore, no significant difference in freezing tolerance was observed between the wild‐type and the cbf1,3 and cbfs mutants without cold acclimation. However, the cbfs mutants were extremely sensitive to freezing stress after cold acclimation, and freezing sensitivity ranking was cbfs > cbf1,3 > cbf3 . RNA ‐Seq analysis showed that 134 genes were CBF regulated, of which 112 were regulated positively and 22 negatively by CBF s. Our study reveals the essential functions of CBF s in chilling stress response and cold acclimation, as well as defines a set of genes as CBF regulon. It also provides materials for the genetic dissection of components in CBF ‐dependent cold signaling.

Low temperatures affect plant growth, development, productivity, and ecological distribution. Expression of the C-repeat-binding factor (CBF) transcription factors is induced by cold stress, which in turn activates downstream cold-responsive (COR) genes that are required for the acquisition of freezing tolerance. Inducer of CBF expression 1 (ICE1) is a master regulator of CBFs, and ICE1 stability is crucial for its function. However, the regulation of ICE1 is not well understood. Here, we report that mitogen-activated protein kinase 3 (MPK3) and MPK6 interact with and phosphorylate ICE1, which reduces its stability and transcriptional activity. Consistently, the mpk3 and mpk6 single mutants and the mpk3 mpk6 double mutants show enhanced freezing tolerance, whereas MPK3/MPK6 activation attenuates freezing tolerance. Phosphor-inactive mutations of ICE1 complement freezing sensitivity in the ice1-2 mutant. These combined results indicate that MPK3/MPK6 phosphorylate and destabilize ICE1, which negatively regulates CBF expression and freezing tolerance in plants.

The plant hormone abscisic acid (ABA) regulates stomatal movement under drought stress, and this regulation requires hydrogen peroxide (H2O2). We isolated GUARD CELL HYDROGEN PEROXIDE-RESISTANT1 (GHR1), which encodes a receptor-like kinase localized on the plasma membrane in Arabidopsis thaliana. ghr1 mutants were defective ABA and H2O2 induction of stomatal closure. Genetic analysis indicates that GHR1 is a critical early component in ABA signaling. The ghr1 mutation impaired ABA- and H2O2-regulated activation of S-type anion currents in guard cells. Furthermore, GHR1 physically interacted with, phosphorylated, and activated the S-type anion channel SLOW ANION CHANNEL-ASSOCIATED1 when coexpressed in Xenopus laevis oocytes, and this activation was inhibited by ABA-INSENSITIVE2 (ABI2) but not ABI1. Our study identifies a critical component in ABA and H2O2 signaling that is involved in stomatal movement and resolves a long-standing mystery about the differential functions of ABI1 and ABI2 in this process.

An Arabidopsis thaliana mutant, cryophyte, was isolated and found to have an enhanced cold stress-induction of the master regulator of cold tolerance, C-repeat binding factor 2 (CBF2), and its downstream target genes. The mutant is more tolerant to chilling and freezing stresses but is more sensitive to heat stress. Under warm but not cold growth temperatures, the mutant has a reduced stature and flowers earlier. Under long day conditions, flowering of the mutant is insensitive to vernalization. The mutant is also hypersensitive to the phytohormone abscisic acid. The mutation was found in a DEAD box RNA helicase gene that is identical to the previously identified low expression of osmotically responsive genes 4 (LOS4) locus, which was defined by the los4-1 mutation that reduces cold regulation of CBFs and their target genes and renders Arabidopsis plants chilling sensitive. We show evidence suggesting that the CRYOPHYTE/LOS4 protein may be enriched in the nuclear rim. In situ poly(A) hybridization indicates that the export of poly(A)+ RNAs is blocked in the cryophyte/los4-2 mutant at warm or high temperatures but not at low temperatures, whereas the los4-1 mutation weakens mRNA export at both low and warm temperatures. These results demonstrate an important role of the CRYOPHYTE/LOS4 RNA helicase in mRNA export, plant development, and stress responses.

It is well known that abscisic acid (ABA) promotes reactive oxygen species (ROS) production through plasma membrane–associated NADPH oxidases during ABA signaling. However, whether ROS from organelles can act as second messengers in ABA signaling is largely unknown. Here, we identified an ABA overly sensitive mutant, abo6, in a genetic screen for ABA-mediated inhibition of primary root growth. ABO6 encodes a DEXH box RNA helicase that is involved in regulating the splicing of several genes of complex I in mitochondria. The abo6 mutant accumulated more ROS in mitochondria, as established using a mitochondrial superoxide indicator, circularly permuted yellow fluorescent protein. Two dominant-negative mutations in ABA insensitive1 (abi1-1) and abi2-1 greatly reduced ROS production in mitochondria. The ABA sensitivity of abo6 can also be compromised by the atrbohF mutation. ABA-mediated inhibition of seed germination and primary root growth in abo6 was released by the addition of reduced GSH and exogenous auxin to the medium. Expression of auxin-responsive markers ProDR5:GUS (for synthetic auxin response element D1-4 with site-directed mutants in the 5′-end from soybean):β-glucuronidase) and Indole-3-acetic acid inducible2:GUS was greatly reduced by the abo6 mutation. Hence, our results provide molecular evidence for the interplay between ABA and auxin through the production of ROS from mitochondria. This interplay regulates primary root growth and seed germination in Arabidopsis thaliana.

The phytohormone abscisic acid (ABA) is an important regulator of plant development and response to environmental stresses. In this study, we identified two ABA overly sensitive mutant alleles in a gene encoding Auxin Response Factor2 (ARF2). The expression of ARF2 was induced by ABA treatment. The arf2 mutants showed enhanced ABA sensitivity in seed germination and primary root growth. In contrast, the primary root growth and seed germination of transgenic plants over-expressing ARF2 are less inhibited by ABA than that of the wild type. ARF2 negatively regulates the expression of a homeodomain gene HB33, the expression of which is reduced by ABA. Transgenic plants over-expressing HB33 are more sensitive, while transgenic plants reducing HB33 by RNAi are more resistant to ABA in the seed germination and primary root growth than the wild type. ABA treatment altered auxin distribution in the primary root tips and made the relative, but not absolute, auxin accumulation or auxin signal around quiescent centre cells and their surrounding columella stem cells to other cells stronger in arf2-101 than in the wild type. These results indicate that ARF2 and HB33 are novel regulators in the ABA signal pathway, which has crosstalk with auxin signal pathway in regulating plant growth.