脂肪酸及其衍生物是花药角质层和花粉壁形成的重要成分。花药和花粉发育过程中脂质代谢的紊乱会导致花药角质层、花粉外壁和花药亚细胞器膜的发育异常，从而引起细胞核雄性不育（GMS）。此外，脂质代谢还参与其它生殖发育进程，如植物性别决定、胚芽和胚珠发育、单倍体和愈伤组织诱导、小穗发育和开花等。因此，长期以来脂质代谢是解析植物雄花与其它生殖发育分子机制的重要研究内容。
近日，首佳利华研发团队正式在Cell旗舰子刊《Molecular Plant》发表了题为 “ LipidMetabolism: Critical Roles in Male Fertility and Other Aspects of ReproductiveDevelopment in Plants” 的综述论文，系统介绍了脂质代谢在植物雄花育性及其它生殖发育中的关键作用，并分析了脂质代谢及其相关基因在作物基因编辑、单倍体诱导、遗传转化效率提高、杂交育种和制种等领域的应用策略。
该文主要包含七部分内容，分别为：（1）植物花粉壁和花药角质层的结构与形成，（2）脂质代谢相关GMS基因的总体特征及其作用概述，（3）脂质代谢相关GMS基因如何影响花粉壁形成，（4）脂质代谢相关GMS基因如何影响花药发育，（5）植物雄性发育的新脂质代谢途径相关基因的预测与比较，（6）植物雄性发育脂质代谢基因调控的6种通路和（7）脂质代谢基因如何影响植物其它生殖发育过程等。
脂质代谢参与植物花药和花粉发育的遗传与生化调控网络
基于最新的研究进展，该文对脂质代谢及其相关基因的作用进行了系统梳理和深度总结，重构了植物花药和花粉发育的遗传与生化网络，如上图1所示：（1）自组装模型和遗传控制系统协同控制植物花药角质层和花粉外壁的形成；（2）脂质代谢对单子叶植物的花药伸长和花药壁四层的细胞分裂与伸长发育至关重要；（3）脂质代谢相关的GMS基因参与花药壁层中亚细胞器膜的形成；（4）花药角质层和花粉壁的脂质合成主要发生于花药绒毡层，同时也可能发生在花药的表皮层和内皮层；（5）花药绒毡层合成的脂类物质可以通过各种脂转运蛋白跨膜和跨花药壁四层转移到花药外表皮和花粉壁表面及亚细胞器膜上，这对花药发育、成熟花粉以及花药亚细胞器膜的形成至关重要。这些系统的总结将为脂质代谢参与植物雄性生殖发育的研究提供重要参考。
同时，基于三套独立的玉米花药不同发育时期的RNA-seq数据和植物GMS基因表达峰值谱特征，该文预测了125个参与花药发育以及其它生殖发育的脂质代谢相关的新基因，这将有助于完善植物花药发育及其它生殖发育的脂质代谢调控网络。此外，该文还系统总结了植物脂质代谢相关基因参与植物雄性发育的6种调控通路：一方面，转录因子可以直接、间接或者协同调控脂质代谢相关基因的表达；另一方面，miRNA可以直接或间接调控脂质代谢相关基因的表达，还可能通过“miRNA-ceRNA-靶基因”网络实现对脂质代谢相关基因的调控。总之，本文不仅有助于深入了解脂质代谢及其相关基因在植物生殖发育中的作用，而且有助于推动脂质代谢相关基因在作物基因编辑、单倍体和愈伤组织诱导、作物分子育种和杂交制种等方面的应用研究。
