镉是一种有毒重金属，进入土壤后难以被降解，长期积累可能导致土壤质量恶化，进而影响农作物生长和人类健康。尽管近年来日趋严格的环境管控政策已有效限制了外源镉的持续输入，但土壤中已存在的历史遗留镉污染仍旧难以自然消解。因此，深入解析大豆响应镉胁迫的分子调控网络，并开发新型环保的缓解策略，是当前农业环境科学领域的关注方向。

近期，东北农业大学农学院和智慧农场技术与系统全国重点实验室陈庆山教授团队辛大伟/王锦辉课题组完成的题为“From multi-omics discovery to exogenous delivery: A miRNA-mRNA module as a novel approach to managing Cd pollution in soybean and rice”的研究在Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》，JIA）优先在线发表。

针对作物镉污染，该团队聚焦大豆镉耐受性差异，在镉敏感品种中筛选出miR9746a，其靶向切割GmCIN1导致SN14对镉的耐受性降低。此外，外源添加miRNA能够缓减大豆和水稻由于镉胁迫造成的生长抑制。该研究为镉胁迫下miRNA介导的调节机制提供了新见解，并为减少作物中镉积累的遗传改良提供了可行性策略。

主要发现如下：

多组学联析，锁定大豆耐镉“核心调控枢纽”

为了探明大豆镉耐受性差异的分子机制，研究团队选取了具有显著表型差异的两个大豆品种：耐镉品种东农50（DN50）和镉敏感品种绥农14（SN14）。结合转录组测序、miRNA测序以及降解组测序技术，对镉胁迫下的大豆根系进行了系统性的调控网络分析。研究发现，在敏感品种SN14中，一种名为gma-miR9746a的microRNA在镉暴露下被显著诱导表达；而在耐镉品种DN50中，该miRNA则表现为下调。

结合降解组证据与分子试验发现miR9746a的靶基因是GmCIN1（一种编码碱性/中性转化酶的基因，参与蔗糖代谢）。

在敏感品种中：高表达的miR9746a切割GmCIN1，导致根部蔗糖分解受阻，从而加剧了镉毒害。在耐镉品种中：miR9746a表达下调，维持了GmCIN1正常水平，最终呈现出更优的生长表现和较低的镉积累。

大豆品种SN14和DN50在镉胁迫下的形态及生理响应

耐镉品种DN50与镉敏感品种SN14镉胁迫下miRNA-mRNA分子调控模型图

miR9746a-GmCIN1调控模块在镉胁迫中的功能验证

概念验证，外源miRNA喷洒实现不同作物耐镉的广谱性

基于上述分子机制结合已有研究进展，研究团队提出了一项具有前瞻性的假设：能否通过直接施加外源miRNA，来调控作物的重金属耐受性？

以往，RNA干扰（RNAi）技术多依赖复杂的转基因手段。而在本研究中，团队合成了双链靶向miRNA（ds-miRNA），并辅以微量表面活性剂（Silwet L-77）降低表面张力，直接通过根部吸收或叶面喷洒的方式施加于植物。实验结果发现：

1.大豆根系能够吸收外源合成的miR9746a，并下调靶基因GmCIN1的表达，引发预期的生理表型变化，证明了植物具备吸收并功能性利用外源miRNA的能力。

2.大豆植株能够将外源合成的具有长距离运输能力的保守调控模块miR166i-HB15从地上部转运至根部发挥靶向调控作用，并显著缓解水稻在镉胁迫下的根系生长抑制。

经过外源合成miRNA类似物处理大豆和水稻幼苗，在镉胁迫环境下（50 μmol/L或10 μmol/L CdCl2）展示出显著改善的根系伸长表型，验证了该技术手段的有效性。

研究意义与未来展望

该研究首次系统表征了miR9746a-GmCIN1模块在大豆镉胁迫响应中的关键作用，不仅丰富了植物重金属抗性的基础理论，为耐镉作物分子标记辅助育种提供了优质靶点；也为外源miRNA可在作物体内递送且有效调节农作物重金属耐受性提供了分子证据。

与传统的转基因改造相比，外源RNA施用具有高度的序列特异性、良好的生态兼容性以及更高的公众接受度。未来，随着该技术与纳米材料递送系统（如黏土纳米片或脂质体抗核酸酶降解技术）的深度结合，有望开发出稳定、高效且环保的“农业RNA制剂”，为大面积农田重金属污染的安全生产与治理提供切实可行的工具。

东北农业大学农学院王锦辉副教授、辛大伟教授为该论文的通讯作者，博士研究生侯秀明与硕士研究生毛英旭为第一作者。本研究得到国家自然科学基金（32201809、32272072）的资助。

Cite the article: Xiuming Hou, Yingxu Mao, Pucheng Wang, Chao Ma, Lin Chen, Shengnan Ma, Chunshuang Tang, Qingbing Shi, Xuanyu Chen, Qingshan Chen, Dawei Xin, Jinhui Wang. 2026. From multi-omics discovery to exogenous delivery: A miRNA-mRNA module as a novel approach to managing Cd pollution in soybean and rice. Journal of Integrative Agriculture, Doi:10.1016/j.jia.2026.07.006

https://doi.org/10.1016/j.jia.2026.07.006

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