The solid lithium-ion electrolyte "Li(7)La(3)Zr(2)O(12)" (LLZO) with a garnet-type structure has been prepared in the cubic and tetragonal modification following conventional ceramic syntheses routes. Without aluminium doping tetragonal LLZO was obtained, which shows a two orders of magnitude lower room temperature conductivity than the cubic modification. Small concentrations of Al in the order of 1 wt% were sufficient to stabilize the cubic phase, which is known as a fast lithium-ion conductor. The structure and ion dynamics of Al-doped cubic LLZO were studied by impedance spectroscopy, dc conductivity measurements, (6)Li and (7)Li NMR, XRD, neutron powder diffraction, and TEM precession electron diffraction. From the results we conclude that aluminium is incorporated in the garnet lattice on the tetrahedral 24d Li site, thus stabilizing the cubic LLZO modification. Simulations based on diffraction data show that even at the low temperature of 4 K the Li ions are blurred over various crystallographic sites. This strong Li ion disorder in cubic Al-stabilized LLZO contributes to the high conductivity observed. The Li jump rates and the activation energy probed by NMR are in very good agreement with the transport parameters obtained from electrical conductivity measurements. The activation energy E(a) characterizing long-range ion transport in the Al-stabilized cubic LLZO amounts to 0.34 eV. Total electric conductivities determined by ac impedance and a four point dc technique also agree very well and range from 1 × 10(-4) Scm(-1) to 4 × 10(-4) Scm(-1) depending on the Al content of the samples. The room temperature conductivity of Al-free tetragonal LLZO is about two orders of magnitude lower (2 × 10(-6) Scm(-1), E(a) = 0.49 eV activation energy). The electronic partial conductivity of cubic LLZO was measured using the Hebb-Wagner polarization technique. The electronic transference number t(e-) is of the order of 10(-7). Thus, cubic LLZO is an almost exclusive lithium ion conductor at ambient temperature.

Summary

 Land plants evolved from charophytic algae, among which Charophyceae possess the most complex body plans. We present the genome of Chara braunii; comparison of the genome to those of land plants identified evolutionary novelties for plant terrestrialization and land plant heritage genes. C. braunii employs unique xylan synthases for cell wall biosynthesis, a phragmoplast (cell separation) mechanism similar to that of land plants, and many phytohormones. C. braunii plastids are controlled via land-plant-like retrograde signaling, and transcriptional regulation is more elaborate than in other algae. The morphological complexity of this organism may result from expanded gene families, with three cases of particular note: genes effecting tolerance to reactive oxygen species (ROS), LysM receptor-like kinases, and transcription factors (TFs). Transcriptomic analysis of sexual reproductive structures reveals intricate control by TFs, activity of the ROS gene network, and the ancestral use of plant-like storage and stress protection proteins in the zygote.

ABSTRACT Plant terrestrialization brought forth the land plants (embryophytes). Embryophytes account for most of the biomass on land and evolved from streptophyte algae in a singular event. Recent advances have unraveled the first full genomes of the closest algal relatives of land plants; among the first such species was Mesotaenium endlicherianum . Here, we used fine-combed RNAseq in tandem with photophysiological assessment on Mesotaenium exposed to a continuous range of temperature and light cues. Our data establish a grid of 42 different conditions, resulting in 128 transcriptomes and ~1.5 Tbp (~9.9 billion reads) of data to study combinatory effects of stress response using clustering along gradients. We describe major hubs in genetic networks underpinning stress response and acclimation in the molecular physiology of Mesotaenium . Our data suggest that lipid droplet formation, plastid and cell wall-derived signals denominate molecular programs since more than 600 million years of streptophyte evolution—before plants made their first steps on land.

Streptophytes are best known as the clade containing the teeming diversity of embryophytes (land plants). Next to embryophytes are however a range of freshwater and terrestrial algae that bear important information on the emergence of key traits of land plants. Among these, the Klebsormidiophyceae stand out. Thriving in diverse environments--from mundane (ubiquitous occurrence on tree barks and rocks) to extreme (from the Atacama Desert to the Antarctic); Klebsormidiophyceae can exhibit filamentous body plans and display remarkable resilience as colonizers of terrestrial habitats. Currently, the lack of a robust phylogenetic framework for the Klebsormidiophyceae hampers our understanding of the evolutionary history of these key traits. Here, we conducted a phylogenomic analysis utilizing advanced models that can counteract systematic biases. We sequenced 24 new transcriptomes of Klebsormidiophyceae and combined them with 14 previously published genomic and transcriptomic datasets. Using phylogenomic analysis built on 420 loci and sophisticated models, we establish a novel phylogenetic structure, dividing the six distinct genera of Klebsormidiophyceae in a novel four-order-system, with deep divergences more than 898, 765, and 734 million years ago. The reconstruction of ancestral states for habitat suggests an evolutionary history of multiple transitions between terrestrial-aquatic habitats, with Klebsormidiales having conquered land earlier than embryophytes. Focusing on the body plan of the last common ancestor of Klebsormidiophyceae, we postulate it was likely filamentous whereas the sarcinoids and unicells in Klebsormidiophyceae are likely derived states. Our data reveal that the first multicellular streptophytes likely lived more than 900 million years ago.

Abstract An ever-increasing number of intracellular multi-protein networks have been identified in plant cells. Split-GFP based protein-protein interaction assays combine the advantages of in vivo interaction studies in a native environment with additional visualisation of protein complex localisation. Due to its simple protocols, it has become one of the most frequently used methods. However, standard fluorescent proteins entail several drawbacks for sophisticated microscopy. With the HaloTag ® system, these drawbacks can be overcome as this reporter forms covalent irreversible bonds with synthetic photostable fluorescent ligands. Dyes can be used in adjustable concentrations and are suitable for advanced microscopy methods. Therefore, we established the Split-HaloTag ® imaging assay in plants which is based on the reconstitution of a functional HaloTag ® protein upon protein-protein interaction and subsequent covalent binding of an added fluorescent ligand. Its suitability and robustness were demonstrated using well-characterised interactions as an example for protein-protein interaction at cellular structures: the molybdenum cofactor biosynthesis complex anchoring to filamentous actin. Additionally, a specific interaction was visualised with subdiffractional polarisation microscopy in a more distinctive manner as example for sophisticated imaging. Split-GFP and Split-HaloTag ® can complement one another as Split-HaloTag ® represents an alternative option and an addition to the large toolbox of in vivo methods. Therefore, this promising new Split-HaloTag ® imaging assay provides a unique and sensitive approach for more detailed characterization of protein-protein interaction with specific microscopic techniques such as 3D-imaging, single molecule tracking and super-resolution microscopy.

SUMMARY The evolution of streptophytes had a profound impact on life on Earth. They brought forth those photosynthetic eukaryotes that today dominate the macroscopic flora: the land plants (Embryophyta) [1]. There is convincing evidence that the unicellular/filamentous Zygnematophyceae—and not the morphologically more elaborate Coleochaetophyceae or Charophyceae—are the closest algal relatives of land plants [2, 3, 4, 5, 6]. Despite the species richness (>4,000), wide distribution, and key evolutionary position of the zygnematophytes, their internal phylogeny remains largely unresolved [7, 8]. There are also putative zygnematophytes with interesting body plan modifications (e.g., filamentous growth) whose phylogenetic affiliations remain unknown. Here, we studied a filamentous green alga (strain MZCH580) from an Austrian peat bog with central or parietal chloroplasts that lack discernible pyrenoids. It represents Mougeotiopsis calospora PALLA, an enigmatic alga that was described more than 120 years ago [9], but never subjected to molecular analyses. We generated transcriptomic data of M. calospora strain MZCH580, and conducted comprehensive phylogenomic analyses (326 nuclear loci) for 46 taxonomically diverse zygnematophytes. Strain MZCH580 falls in a deep-branching zygnematophycean clade together with some unicellular species, and thus represents a formerly unknown zygnematophycean lineage with filamentous growth. Our well-supported phylogenomic tree lets us propose a new five-order system for the Zygnematophyceae, and provides evidence for at least five independent origins of true filamentous growth in the closest algal relatives of land plants. This phylogeny provides a robust and comprehensive framework for performing comparative analyses and inferring the evolution of cellular traits and body plans in the closest relatives of land plants.

The filamentous and unicellular algae of the class Zygnematophyceae are the closest algal relatives of land plants. Inferring the properties of the last common ancestor shared by these algae and land plants allows us to identify decisive traits that enabled the conquest of land by plants. We sequenced four genomes of filamentous Zygnematophyceae (three strains of Zygnema circumcarinatum and one strain of Z. cylindricum) and generated chromosome-scale assemblies for all strains of the emerging model system Z. circumcarinatum. Comparative genomic analyses reveal expanded genes for signaling cascades, environmental response, and intracellular trafficking that we associate with multicellularity. Gene family analyses suggest that Zygnematophyceae share all the major enzymes with land plants for cell wall polysaccharide synthesis, degradation, and modifications; most of the enzymes for cell wall innovations, especially for polysaccharide backbone synthesis, were gained more than 700 million years ago. In Zygnematophyceae, these enzyme families expanded, forming co-expressed modules. Transcriptomic profiling of over 19 growth conditions combined with co-expression network analyses uncover cohorts of genes that unite environmental signaling with multicellular developmental programs. Our data shed light on a molecular chassis that balances environmental response and growth modulation across more than 600 million years of streptophyte evolution.