Plants produce specialized metabolites to protect themselves from biotic enemies. Members of the Solanaceae family accumulate phenylpropanoid-polyamine conjugates (PPCs) in response to attackers while also maintaining a chemical barrier of steroidal glycoalkaloids (SGAs). Across the plant kingdom, biosynthesis of such defense compounds is promoted by jasmonate signaling in which clade IIIe basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factors play a central role. By characterizing hairy root mutants obtained through Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)-CRISPR associated protein 9 (CRISPR-Cas9) genome editing, we show that the tomato clade IIIe bHLH transcription factors, MYC1 and MYC2, redundantly control jasmonate-inducible PPC and SGA production, and are also essential for constitutive SGA biosynthesis. Double myc1 myc2 loss-of-function tomato hairy roots displayed suppressed constitutive expression of SGA biosynthesis genes, and severely reduced levels of the main tomato SGAs α-tomatine and dehydrotomatine. In contrast, basal expression of genes involved in PPC biosynthesis was not affected. CRISPR-Cas9(VQR) genome editing of a specific cis-regulatory element, targeted by MYC1/2, in the promoter of a SGA precursor biosynthesis gene led to decreased constitutive expression of this gene, but did not affect its jasmonate inducibility. Our results demonstrate that clade IIIe bHLH transcriptional regulators have evolved under the control of distinct regulatory cues to specifically steer constitutive and stress-inducible specialized metabolism.

中文翻译：

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基本的螺旋-环-螺旋转录因子 MYC1 和 MYC2 在调节番茄的组成型和应激诱导型特化代谢中具有双重作用。

植物产生专门的代谢物来保护自己免受生物敌人的侵害。茄科的成员在响应攻击者时积累苯丙素-多胺共轭物 (PPC)，同时还保持甾体糖苷生物碱 (SGA) 的化学屏障。在整个植物界，这种防御化合物的生物合成受到茉莉酸信号的促进，其中进化枝 IIIe 基本螺旋-环-螺旋 (bHLH) 转录因子发挥着核心作用。通过表征通过成簇规则间隔短回文重复序列 (CRISPR)-CRISPR 相关蛋白 9 (CRISPR-Cas9) 基因组编辑获得的毛根突变体，我们表明番茄进化枝 IIIe bHLH 转录因子 MYC1 和 MYC2 冗余控制茉莉酸盐诱导的 PPC和 SGA 生产，也是组成型 SGA 生物合成所必需的。双 myc1 myc2 功能丧失的番茄毛状根表现出 SGA 生物合成基因的组成型表达受到抑制，并严重降低了主要番茄 SGAs α-番茄碱和脱氢番茄碱的水平。相反，参与 PPC 生物合成的基因的基础表达不受影响。在 SGA 前体生物合成基因的启动子中，以 MYC1/2 为目标的特定顺式调控元件的 CRISPR-Cas9(VQR) 基因组编辑导致该基因的组成型表达降低，但不影响其茉莉酸诱导性。我们的研究结果表明，进化枝 IIIe bHLH 转录调节因子在不同调节线索的控制下进化，以特异性引导组成型和应激诱导的专门代谢。并严重降低了主要番茄 SGA α-番茄碱和脱氢番茄碱的水平。相反，参与 PPC 生物合成的基因的基础表达不受影响。在 SGA 前体生物合成基因的启动子中，以 MYC1/2 为目标的特定顺式调控元件的 CRISPR-Cas9(VQR) 基因组编辑导致该基因的组成型表达降低，但不影响其茉莉酸诱导性。我们的研究结果表明，进化枝 IIIe bHLH 转录调节因子在不同调节线索的控制下进化，以特异性引导组成型和应激诱导的专门代谢。并严重降低了主要番茄 SGA α-番茄碱和脱氢番茄碱的水平。相反，参与 PPC 生物合成的基因的基础表达不受影响。在 SGA 前体生物合成基因的启动子中，以 MYC1/2 为目标的特定顺式调控元件的 CRISPR-Cas9(VQR) 基因组编辑导致该基因的组成型表达降低，但不影响其茉莉酸诱导性。我们的研究结果表明，进化枝 IIIe bHLH 转录调节因子在不同调节线索的控制下进化，以特异性引导组成型和应激诱导的专门代谢。在 SGA 前体生物合成基因的启动子中，以 MYC1/2 为目标的特定顺式调控元件的 CRISPR-Cas9(VQR) 基因组编辑导致该基因的组成型表达降低，但不影响其茉莉酸诱导性。我们的研究结果表明，进化枝 IIIe bHLH 转录调节因子在不同调节线索的控制下进化，以特异性引导组成型和应激诱导的专门代谢。在 SGA 前体生物合成基因的启动子中，以 MYC1/2 为目标的特定顺式调控元件的 CRISPR-Cas9(VQR) 基因组编辑导致该基因的组成型表达降低，但不影响其茉莉酸诱导性。我们的研究结果表明，进化枝 IIIe bHLH 转录调节因子在不同调节线索的控制下进化，以特异性引导组成型和应激诱导的专门代谢。