佛山大学喻敏课题组揭示镉抑制植物根系生长的新机制

重金属镉（Cadmium, Cd）不仅影响植物生长，而且可以通过食物链进入人体危害健康。近日，佛山大学国际膜与生物学研究中心喻敏教授课题组先后在

The Crop Journal

Plant Physiology and Biochemistry

水稻是大约60%中国人口和20%世界人口主要食物之一，也是人体摄入重金属镉（Cd2+）主要途径之一。因此，Cd不仅毒害植物生长，而且可以通过食物链进入人体并危害人体健康。2025年10月，研究发现，叶面喷施纳米钼（MoNPs）可调控水稻根尖果胶甲酯酶（PME）、果胶含量和酯化程度，进而降低根尖细胞壁Cd积累。随后，制备水稻组织切片，并利用Cd和H2O2特异性荧光探针标记，使用激光共聚焦荧光显微镜成像技术可视化Cd和H2O2亚细胞分布特征，结果发现相邻细胞连接位点有较多Cd和H2O2积累，且MoNPs施用有缓解效果。进一步研究发现，叶面喷施MoNPs可能通过调控OsRBOHs基因介导胞外H2O2生成，以及调控“抗坏血酸-谷胱甘肽（ASA-GSH）”循环，缓解Cd引发的水稻根尖细胞质外体H2O2爆发。最后，免疫标记结合转录组分析发现，MoNPs特异性干扰ROS生成、抗氧化、PME等相关基因，介导ROS稳态和根尖细胞壁Cd积累，从而缓解Cd抑制根系生长。

随后，利用拟南芥生长素相关转基因和突变体材料，进一步探究Cd阻碍根系生长的生理和分子机制。利用转基因DII-venus和DR5rev::GFP材料及酶联免疫法（ELISA）测定IAA含量，结果表明Cd降低根尖IAA含量进而阻碍根系生长。外源添加yucasin（抑制生长素合成的药物）或L-kynurenine（TAA1抑制剂），结合生长素合成突变体材料taa1，进一步验证上述结果。基因表达结合PIN2-Dendra2等转基因材料分析，结果发现Cd不仅下调关键生长素合成基因（如TAA1和YUCs基因）的转录，而且可能通过“泛素化-网格蛋白介导内吞”途径介导根尖细胞膜生长素运输蛋白PINs丰度，从而调控根尖IAA运输。

镉介导IAA阻碍根生长的模式图

佛山大学农业与生物工程学院陶林讲师、本科生王惠和郭芷珊为该论文第一作者，陶林讲师兼通讯作者。佛山大学农业与生物工程学院喻敏教授为共同通讯作者；佛山大学本科生陆彦杉、吴嘉怡、刘何佩琳、李静、张婉茹、张慧渝、周桂煜也参与了该研究。该研究得到国家自然科学基金项目基金、广东省基金、广东省科学与技术创新基金项目和2025年度佛山大学学术基金的资助。