Las proteínas de unión a Acil-CoA han sido implicadas en la acumulación y translocación de plomo en las plantas; sin embargo, los mecanismos por los cuales estos genes contribuyen a la respuesta al estrés por metales pesados en varios taxones no han sido determinados. En este estudio, se examinaron los mecanismos moleculares subyacentes a la respuesta de un árbol de hoja caduca de importancia económica al estrés por Pb utilizando análisis transcriptómicos y metabolómicos. La sobreexpresión aumentó la acumulación, translocación y tolerancia al Pb. Después de 3 días de estrés por Pb, se identificaron 1125 genes expresados diferencialmente (DEGs) y 485 metabolitos acumulados diferencialmente (DAMs) entre las cepas de tipo salvaje y las sobreexpresoras; después de 45 días de estrés por Pb, se identificaron 1746 DEGs y 341 DAMs. Los análisis ómicos conjuntos mostraron que los DEGs y DAMs estaban co-enriquecidos en el metabolismo del ácido alfa-linolénico y las vías de biosíntesis de flavonoides. En particular, los DEGs y DAMs involucrados en el metabolismo del ácido alfa-linolénico y la biosíntesis de flavonoides fueron regulados al alza y a la baja, respectivamente. Además, la sobreexpresión mejoró la capacidad de eliminar especies reactivas de oxígeno y reparar membranas celulares bajo estrés al regular la expresión génica y aumentar el contenido de fosfatidilcolina, mejorando así la tolerancia al estrés por Pb. Estos hallazgos sientan una base teórica para la futura aplicación de recursos de germoplasma en la creación de plantas y la fitorremediación de suelos contaminados con Pb en los que crecen.