Morphological, Physiological and Metabolomic Responses of Mulberry to Cadmium Exposure: Unveiling Dose‐Dependent Tolerance and Activation Mechanism

下调和上调 代谢组学 化学 代谢途径 渗出液 新陈代谢 生物化学 重编程 细胞生物学 代谢组 碳水化合物代谢 生物 转录组 生物利用度 氨基酸 机制(生物学)
作者
Lian Chen,Changyu Qiu,Gaocong Li,Qiang Lin,J. M. Chen,Lingyun Sun,Dan Liu,Sen Lin,Dan Wang,Jianan Wu,Zhiyi Li,Yuan Wang,Zhenjiang Wang
出处
期刊:Plant Cell and Environment [Wiley]
卷期号:49 (4): 1884-1898 被引量:1
标识
DOI:10.1111/pce.70352
摘要

This study investigated the mechanisms of cadmium (Cd) tolerance and root exudate-mediated soil activation in mulberry (Morus alba L.), a promising species for phytoremediation. Hydroponic experiments with Cd-tolerant seedlings exposed to 5 and 50 mg/L Cd revealed a biphasic concentration-dependent response. Low Cd induced negligible biological effects, whereas high Cd triggered substantial disturbances across multiple biological levels, including morphological alterations, physiological dysregulation and disrupted elemental accumulation patterns. Metabolomic profiling indicated that Cd stress significantly altered the secretion patterns of 17 root exudate metabolites in mulberry, exemplified by the upregulation of sucrose, lactose and 4-acetylbutyric acid, and the downregulation of β-alanine and myo-inositol. Further pathway enrichment analysis linked these differential metabolites to 17 metabolic pathways, with carbohydrate and amino acid metabolism as the main Cd-responsive pathways, suggesting their core role in mediating mulberry's Cd resistance. Root exudates enhanced soil Cd mobilisation in a positive concentration-dependent yet negative time-dependent manner. Consequently, mulberry adapts to Cd stress via metabolic reprogramming of root exudates-a strategic trade-off that serves a dual role by enhancing plant tolerance while simultaneously increasing Cd bioavailability in the soil. This insight provides a foundational framework for phytoremediation, centred on exudate management and the selection of stress-tolerant varieties.
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