近日，我校伟德国际1946官网陈铭佳教授课题组在国际植物专业期刊Plant Physiology在线发表了题为“ACYR-Mediated N4-Acetylcytidine Modification Regulates Cadmium Responses in Arabidopsis”的研究论文，该研究揭示了ACYR介导的N4-乙酰胞苷（ac⁴C）通过调控IRON MAN（IMA）小肽mRNA的稳定性和翻译效率，进而调控拟南芥镉耐受性的分子机制，为培育低镉积累作物提供了新的靶标和策略。

镉（Cd）是一种高毒性非必需重金属。随着工业化进程的加速和农业化学品过量使用，全球土壤镉污染日益严重，植物组织中镉的过量积累严重威胁食品安全与人类健康。培育耐镉、低积累的作物品种是农业可持续发展的关键，这依赖于对植物镉耐受分子机制的深入理解。ac⁴C是一种在进化上高度保守的RNA化学修饰，由N-乙酰转移酶（N-ACETYLTRANSFERASE FOR CYTIDINE IN RNA；ACYR）催化产生，可增强mRNA稳定性与翻译效率。已知ac⁴C参与植物发育和多种胁迫反应，但在镉胁迫响应中的功能仍未知晓。

针对上述科研问题，研究团队探索发现：ACYR功能缺失突变体（acyr1、acyr2及acyr1/+ acyr2杂合突变体）在镉处理下耐受性显著增强，表现出叶片黄化减轻、叶绿素含量更高、根系更长、根和地上部镉含量显著降低的表型（图1），表明ACYR是植物镉响应的负调控因子。进一步研究发现，镉处理能够抑制ACYR1/ACYR2的表达及蛋白丰度，导致整体mRNA的ac⁴C修饰水平显著降低。

图1 ACYR 负调控拟南芥的镉耐受性

通过整合ac⁴C RNA免疫沉淀测序（acRIP-seq）和转录组测序（RNA-seq）数据，研究团队鉴定出IRON MAN（IMA）小肽基因IMA2/IMA3是ACYR在镉胁迫下调控的重要靶标。镉处理或ACYR功能缺失导致的ac⁴C水平降低，使IMA2和IMA3转录本的稳定性下降、翻译效率降低，导致其编码的小肽丰度减少。IMA小肽的减少进一步引起bHLH105和bHLH115转录因子的泛素化和加速降解，从而抑制了下游bHLH Ib亚家族基因（bHLH38、bHLH39、bHLH100和bHLH101）以及金属离子转运蛋白基因IRT1的表达，最终限制了镉的吸收（图2）。值得注意的是，在acyr突变体中过表达IMA2能够有效恢复其镉敏感表型，证实了IMA2是ACYR介导的ac⁴C修饰调控镉胁迫响应的直接下游靶标。

图2 ACYR介导的ac⁴C修饰调控镉吸收的工作模型

该研究首次揭示了RNA ac⁴C修饰与植物镉耐受性之间的联系，阐明了ACYR介导的ac⁴C修饰通过调控IMA转录本的稳定性和翻译效率来调控镉吸收的分子机制。这一发现拓展了ac⁴C修饰在植物逆境胁迫中的调控作用，为理解表观转录组学修饰如何调控胁迫响应提供了新框架。更为培育镉耐受和低镉积累作物提供了靶标。

我校伟德国际1946官网陈铭佳教授和兰州大学草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室刘文献教授为论文共同通讯作者，我校伟德国际1946官网博士研究生刘慧婕、青年教师宋晓云博士为论文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、江苏省优秀青年基金等项目的资助。

论文链接：https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiag550/8748880

编辑：陈铭佳

校对：李娜

审核：陈熙