張江江 常麗 趙立寧 李德芳

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類(lèi)研究所，長(zhǎng)沙 410205）

花粉壁是成熟雄性配子體表面的一層致密物質(zhì)，主要起到保護(hù)花粉、抵御外界環(huán)境物質(zhì)入侵及在植物授粉過(guò)程中識(shí)別雌性配子體等作用。目前，在雄性不育研究中，已克隆了一些與花粉壁發(fā)育相關(guān)的基因，證實(shí)在雄配子形成過(guò)程中花粉壁起到重要作用［1]。通過(guò)形態(tài)學(xué)觀察雄性不育植株，多數(shù)涉及花粉壁的不正常發(fā)育。因此，雄性配子體發(fā)育過(guò)程中花粉壁的研究對(duì)不育機(jī)理的解析有重要的理論意義。

1 花粉壁發(fā)育的模式

花粉壁主要由花粉外壁和花粉內(nèi)壁構(gòu)成，花粉外壁位于最外層，包括含油層或者花粉胞被等結(jié)構(gòu)?；ǚ弁獗谟址譃橥獗谕鈱雍屯獗趦?nèi)層，外壁外層由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)包括覆蓋層結(jié)構(gòu)和柱狀結(jié)構(gòu)?；ǚ蹆?nèi)壁由內(nèi)壁外層和內(nèi)壁內(nèi)層構(gòu)成，內(nèi)壁內(nèi)層和小孢子質(zhì)膜緊密接觸（圖1-D）。

花粉壁是雄性配子體外層起到保護(hù)作用的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，雖然發(fā)育過(guò)程在不同物種中不盡相同，但有些發(fā)育模式非常相似。根據(jù)花粉發(fā)育過(guò)程將其分為12個(gè)時(shí)期，整個(gè)花粉壁的發(fā)育模式如圖1所示，在擬南芥的第7時(shí)期的早期小孢子呈現(xiàn)為三分體結(jié)構(gòu)，到晚期形成四分體結(jié)構(gòu)。這時(shí)質(zhì)膜開(kāi)始出現(xiàn)波動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)變化由最開(kāi)始點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ɡ诵谓Y(jié)構(gòu)。質(zhì)膜在初生外壁中的頂點(diǎn)接觸到最外層的胼胝質(zhì)后，孢粉素在接觸頂點(diǎn)開(kāi)始累積，形成柱狀結(jié)構(gòu)物質(zhì)的前體，隨后胼胝質(zhì)開(kāi)始降解，當(dāng)胼胝質(zhì)完全降解時(shí)小孢子釋放，此時(shí)初生外壁開(kāi)始降解，孢粉素繼續(xù)累積形成柱狀結(jié)構(gòu)，空腔結(jié)構(gòu)形成覆蓋層。當(dāng)初生外壁完全降解后，質(zhì)膜又恢復(fù)到起初的狀態(tài)（圖1-C）。隨后由絨氈層降解釋放的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成脂肪類(lèi)物質(zhì)，填充外壁外層中由柱狀結(jié)構(gòu)和覆蓋層結(jié)構(gòu)組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即含油層（圖1-A和圖1-B）。到雙核花粉時(shí)期絨氈層完全降解，此時(shí)形成成熟的花粉壁（圖1-C）。

目前，在雄性不育研究中很多涉及花粉壁的發(fā)育；獲得與雄性不育相關(guān)的基因均引起花粉壁的非正常發(fā)育。因此，在雄性不育機(jī)理解析中，對(duì)花粉壁形成過(guò)程的研究有著十分重要的作用。

2 初生外壁的發(fā)育

在一些植物減數(shù)分裂后期，已經(jīng)觀察到初生外壁，初生外壁是花粉壁發(fā)育起始的信號(hào)物質(zhì)，說(shuō)明減數(shù)分裂后期花粉壁已經(jīng)開(kāi)始發(fā)育。通過(guò)化學(xué)染色分析，發(fā)現(xiàn)初生外壁由中性/酸性多糖、蛋白質(zhì)和纖維素組成［4]。當(dāng)小孢子母細(xì)胞發(fā)育到第7期時(shí)，初生外壁積累到一定程度并在小孢子母細(xì)胞的膜上形成點(diǎn)狀的突起，電鏡下小孢子縱切面顯示小孢子母細(xì)胞膜上的初生外壁堆積，壓迫質(zhì)膜，使質(zhì)膜形成波浪狀突起，構(gòu)成花粉壁沉積發(fā)育的基礎(chǔ)［2]。

初生外壁的缺失會(huì)導(dǎo)致花粉壁發(fā)育異常從而引起雄性不育，說(shuō)明初生外壁對(duì)于花粉壁的形成是至關(guān)重要的。目前發(fā)現(xiàn)的與初生外壁形成有關(guān)的擬南芥突變體ms1、dex1、nef1、rpg1、npu、efd和arf17都能造成花粉壁缺失。調(diào)控初生外壁形成有關(guān)的基因包括NPU、RPG1、DEX1、EFD和NEF1等，這些基因主要調(diào)控花粉初生外壁的形成。EFD（Exine formation defect）與初生外壁的形成有關(guān)［5]，突變體efd初生外壁缺失，孢粉素?zé)o法沉積，通過(guò)關(guān)鍵基因的回補(bǔ)依然不能恢復(fù)育性［6]。Hu等［7]證明了EFD主要在初生外壁形成過(guò)程中表達(dá)，在efd突變體中初生外壁異常降解，花粉外壁缺陷。ARF17（Auxin Response Factor17）是一個(gè)生長(zhǎng)素的相應(yīng)因子，Yang等［8]發(fā)現(xiàn)在擬南芥中其主要參與初生外壁的形成，突變體arf17中初生外壁缺失，導(dǎo)致花粉壁缺陷和花粉退化，在擬南芥中AFR17通過(guò)調(diào)控CalS5影響初生外壁的形成，CalS5是與胼胝質(zhì)合成的相關(guān)基因，說(shuō)明胼胝質(zhì)和初生外壁的形成之間有直接關(guān)聯(lián)。

花粉發(fā)育過(guò)程中初生外壁未隨質(zhì)膜形成波浪形結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致孢粉素累積異常，影響花粉發(fā)育。NPU（No primexine and plasma membrane undulation） 編碼的膜蛋白具有二次跨膜的結(jié)構(gòu)，在四分體時(shí)期的小孢子及絨氈層細(xì)胞中檢測(cè)到其高度表達(dá)，該基因參與小孢子質(zhì)膜波浪形的形成和初生外壁的沉積。Chang等［9]的研究結(jié)果顯示npu突變體初生外壁完全缺失，質(zhì)膜未出現(xiàn)波浪形，隨后發(fā)育過(guò)程都受到影響，引起花粉外壁發(fā)育異常，最終影響雄配子育性。NEF1（No exine formation 1）基因轉(zhuǎn)運(yùn)初生外壁所需要的特殊糖類(lèi)物質(zhì)［10]，在突變體nef1中初生外壁缺陷，質(zhì)膜沒(méi)有波浪形起伏同時(shí)孢粉素出現(xiàn)異常沉積。RPG1（Ruptured pollen grain-1）作為糖的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，與初生外壁的合成有關(guān)。相應(yīng)突變體rpg1中初生外壁合成顯著減少，小孢子質(zhì)膜表面也沒(méi)有形成波浪形結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致孢粉素沉積異常，引起外壁模式缺陷和花粉降解［11]。RPG1和RPG2同屬于MtN3/saliva家族，RPG1參與了初生外壁的沉積，rpg2突變體中成熟花粉中花粉外壁的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)雖有一些變形，但不影響育性，另外發(fā)現(xiàn)rpg1rpg2雙突變體表現(xiàn)出更嚴(yán)重的不育性，rpg1突變體可由RPG2恢復(fù)育性，表明RPG1和RPG2都參與了花粉外壁的形成，且育性調(diào)控方面存在功能重復(fù)［12]。DEX1（Defective in exine formation 1）同樣作為花粉外壁發(fā)育不可缺少的基因，dex1突變體花粉外壁發(fā)育異常，初生外壁沉積延緩，DEX1可能通過(guò)調(diào)節(jié)CalS5來(lái)參與小孢子的形成［13]。

3 花粉內(nèi)壁的發(fā)育

花粉內(nèi)壁的發(fā)育始于花粉外壁形成的后期，通常為小孢子釋放后即單核花粉粒時(shí)期。一般認(rèn)為花粉內(nèi)壁是由纖維素、果膠和內(nèi)壁蛋白等成分組成［14]。

纖維素是花粉內(nèi)壁的組成成分，也是小孢子發(fā)育成熟的必需物質(zhì)［15]。纖維素缺失的花粉中內(nèi)壁形成一個(gè)厚度不均勻的結(jié)構(gòu)，會(huì)導(dǎo)致花粉內(nèi)壁發(fā)育缺陷，引起花粉壁發(fā)育異常。花粉內(nèi)壁形成過(guò)程中纖維素微絲提供細(xì)胞壁沉積的骨架，纖維合酶復(fù)合體的催化核心由3個(gè)CESA亞基組成，即CESA1、CESA3和CESA6，這些亞基缺失都會(huì)引起花 粉 功 能 缺 陷［16]。AtUSP（Arabidopsis udp-sugar pyrophosphorylase）在擬南芥中主要是參與到花粉內(nèi)壁果膠纖維素的合成，果膠纖維素是一種合成核苷酸糖的底物酶，突變體usp-1的花粉內(nèi)壁缺失但是可以通過(guò)轉(zhuǎn)入AtUSP得到恢復(fù)［17]；atusp-1突變體中主要通過(guò)抑制MIO（Myo-inositol Oxidation）途徑來(lái)阻遏基質(zhì)多糖和纖維素的合成，從而導(dǎo)致花粉內(nèi)壁合成受阻［18]。通過(guò)對(duì)油菜花藥不同發(fā)育時(shí)期轉(zhuǎn)錄組的動(dòng)態(tài)分析，在花藥發(fā)育的后期檢測(cè)到許多與糖類(lèi)代謝有關(guān)的基因表達(dá)，這些基因主要參與花粉內(nèi)壁的形成和成熟花粉中的淀粉積累，包括GH（Glycoside hydrolase family） 家 族、CE（Carbohydrate esterase family）家族和 GT（Glycosyl transferase family）家族，它們主要通過(guò)調(diào)控轉(zhuǎn)化酶和果膠聚合酶來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)花粉內(nèi)壁合成的調(diào)控［19]。

阿拉伯半乳糖蛋白是花粉壁的組成成分之一，合成受阻會(huì)導(dǎo)致花粉內(nèi)壁發(fā)育異常。Yang等［20]在雄雌異株中發(fā)現(xiàn)與內(nèi)壁合成相關(guān)的FLA和USP的含量相比于雌雄同株顯著降低，同時(shí)發(fā)現(xiàn)CWI2和ST2參與脂類(lèi)合成、運(yùn)輸以及內(nèi)壁的形成。通過(guò)抑制FLA3表達(dá)來(lái)調(diào)控花粉內(nèi)壁的發(fā)育，雖然花粉外壁正常但花粉內(nèi)壁發(fā)育缺陷，花藥由單核花粉期到雙核花粉期轉(zhuǎn)變時(shí)內(nèi)壁出現(xiàn)厚度不均勻的異?，F(xiàn)象，推測(cè)FLA3參與了阿拉伯半乳糖的合成表達(dá)，抑制其表達(dá)導(dǎo)致花粉內(nèi)壁的異常發(fā)育和小孢子的敗育［21]。通過(guò)RNAi技術(shù)沉默OsUAM3，發(fā)現(xiàn)植株有異常的外壁，并伴隨著阿拉伯聚糖水平的降低［22]，但基因的遺傳調(diào)控機(jī)制尚不清晰。

在花粉壁形成的研究中，還有一些其他的途徑參與了花粉內(nèi)壁的形成。2個(gè)擬南芥ABC轉(zhuǎn)運(yùn)因子ABCG1和ABCG16在絨氈層中表達(dá)，對(duì)花粉壁的形成有著重要的作用，在突變體abcg1和abcg16中都表現(xiàn)出花粉內(nèi)壁的缺失；有趣的是ABCG1和ABCG16的缺失在花粉中同樣引起絨氈層功能的失常［23]。MGT基因家族中 成 員MGT5（Magnesium transporter 5）和MGT9（Magnesium transporter 9）在鎂離子的吸收方面起作用，突變體mgt5和mgt9中都出現(xiàn)花粉內(nèi)壁缺失而花粉外壁正常的現(xiàn)象，說(shuō)明Mg離子不足雄配子不能正常發(fā)育［24]。cap1（Collapsed abnormal pollen1）突變體幾乎喪失了所有細(xì)胞質(zhì)內(nèi)物質(zhì)，包括花粉內(nèi)壁，暗示了CAP1在植物中對(duì)花藥的發(fā)育起到至關(guān)重要的作用［25-26]。

4 絨氈層的發(fā)育

絨氈層位于花藥室的最內(nèi)層，主要在小孢子發(fā)育過(guò)程中提供營(yíng)養(yǎng)和相關(guān)激素。四分體后期催化釋放小孢子的胼胝質(zhì)酶是由絨氈層分泌。在小孢子釋放后，絨氈層為小孢子的發(fā)育提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。相關(guān)研究也發(fā)現(xiàn)了絨氈層的PCD（Program cell death）過(guò)程失常導(dǎo)致花粉壁的結(jié)構(gòu)受損［27]，在花藥發(fā)育第8期早期絨氈層是致密的，但到第8時(shí)期晚期絨氈層呈現(xiàn)液泡化，第9時(shí)期小孢子釋放后絨氈層就收縮致密同時(shí)顏色也加深。花藥發(fā)育到單核花粉期時(shí)絨氈層幾乎完全降解，隨后到雙核花粉期絨氈層完全降解，最終形成的花粉富含淀粉素，這些淀粉素來(lái)自絨氈層［28]。絨氈層的提前或者延后降解都會(huì)引起雄性不育［29-30]，究其原因是絨氈層非正常降解會(huì)導(dǎo)致花粉壁的發(fā)育受損，因此，絨氈層適時(shí)的降解對(duì)于花粉壁的發(fā)育至關(guān)重要。

絨氈層缺失或過(guò)量都會(huì)導(dǎo)致花粉壁發(fā)育受損，影響最終育性。Zhao等［31]鑒定了一個(gè)有過(guò)量小孢子的擬南芥突變體ems1（Excess microsporocytes），它缺少絨氈層和絨氈層外的中層結(jié)構(gòu)；雖然減數(shù)分裂時(shí)期ems1發(fā)育正常，但小孢子母細(xì)胞沒(méi)有經(jīng)過(guò)細(xì)胞分裂，導(dǎo)致小孢子發(fā)生過(guò)程異常隨后出現(xiàn)雄性不育。通過(guò)對(duì)雄性不育突變體exs（Extra sporogenous cells）的結(jié)構(gòu)觀察，發(fā)現(xiàn)exs產(chǎn)生了一個(gè)額外性母細(xì)胞，但exs缺少絨氈層和中層細(xì)胞結(jié)構(gòu)，胚胎的發(fā)育延緩導(dǎo)致形成更小的胚胎［32]。

絨氈層非正常降解會(huì)造成花粉壁發(fā)育異常，從而引起雄性不育。EMS1編碼富含亮氨酸受體蛋白激酶（LRR-RPK），其表達(dá)與絨氈層的發(fā)育有關(guān)，表明EMS1控制花粉壁的發(fā)育。通過(guò)細(xì)胞學(xué)觀察表明EMS1對(duì)孢子體早期階段不是必需的，但對(duì)于花粉壁的發(fā)育卻是必需的。Huang等［33]證明了βCAs（β-carbonic anhydrases）作為EMS1直接的下游位點(diǎn)，與βCAs蛋白結(jié)合起作用，當(dāng)βCA失去功能后會(huì)引起絨氈層分泌失常，導(dǎo)致花粉壁發(fā)育異常，進(jìn)而雄性不育。TPD1（Tapetum determinant1）分泌的富含半胱氨酸蛋白的配體和EMS1的LRR受體激酶在第二個(gè)位點(diǎn)區(qū)域結(jié)合，導(dǎo)致絨氈層細(xì)胞功能缺失引起小孢子增殖異常不能形成正常的雄性配子體［34]。

盡管絨氈層在花粉管發(fā)育的過(guò)程中起到重要作用，但其功能機(jī)制至今尚不十分清晰，有待進(jìn)一步解析。

5 胼胝質(zhì)和孢粉素

5.1 胼胝質(zhì)的發(fā)育

目前，前人對(duì)花粉壁發(fā)育模式中的胼胝質(zhì)已經(jīng)有了較深入的研究。胼胝質(zhì)是一種β-1，3-葡聚糖，廣泛存在于植物中?；ǚ郾诘陌l(fā)育過(guò)程中，胼胝質(zhì)包裹著小孢子，隨后在四分體時(shí)期，胼胝質(zhì)沉積于小孢子表面起到臨時(shí)保護(hù)小孢子、限制小孢子異常膨大的作用，同時(shí)為花粉外壁的發(fā)育提供一個(gè)結(jié)構(gòu)支撐，胼胝質(zhì)在花粉發(fā)育過(guò)程要經(jīng)歷兩次降解：第一次在減數(shù)分裂后形成四分體胼胝質(zhì)沉積于四分體表面；第二次是胼胝質(zhì)在四分體后期降解解釋放小孢子。

胼胝質(zhì)在GSL（Glucan synthase-like）的作用下合成，胼胝質(zhì)的合成從UDP-葡萄糖開(kāi)始，UDP-葡萄糖直接與胼胝質(zhì)合成酶（GSL）催化劑的亞基相結(jié)合［35]。過(guò)去50年來(lái)，胼胝質(zhì)在花粉發(fā)育過(guò)程中的作用逐漸被鑒定出來(lái)。胼胝質(zhì)壁是一種臨時(shí)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，來(lái)自于初生外壁和質(zhì)膜之間降解的胼胝質(zhì)，胼胝質(zhì)壁維持了小孢子形態(tài)以及保護(hù)小孢子免于外界環(huán)境的影響［36]。

目前發(fā)現(xiàn)的12個(gè)GSL（AtGSL1-AtGSL12）與胼胝質(zhì)的合成有關(guān)，它們多數(shù)被克隆和驗(yàn)證，GSL1和GSL5功能緊密相關(guān)，在花粉發(fā)育過(guò)程中調(diào)控胼胝質(zhì)的形成，GSL2（Cals5）調(diào)節(jié)四分體時(shí)期胼胝質(zhì)的沉積［37-38]，突變體gsl2缺失胼胝質(zhì)壁，因此不能形成有活性的花粉［36]。突變體cs9（Callose synthase9）攜帶cs9等位基因，其純合體致死，雜合體產(chǎn)生一半有缺陷的花粉，同時(shí)胼胝質(zhì)異常沉積，形成早熟花粉［39]。在突變體gsl8和gsl10中，小孢子減數(shù)分裂過(guò)程出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)分裂，導(dǎo)致胼胝質(zhì)不規(guī)則沉積［35]。與敲除GSL6和GSL11相比，敲除GSL5的植株的胼胝質(zhì)沉積降低顯著［40-41]。GSL1和GSL5在四分體時(shí)期胼胝質(zhì)壁沉積和釋放小孢子過(guò)程中表達(dá)，在突變體gsl1和gsl5中，胼胝質(zhì)在四分體時(shí)期不沉積，未形成明顯的胼胝質(zhì)壁。gsl1gsl5雙突變體相對(duì)于單突變體表現(xiàn)更加嚴(yán)重的不育性［37]。白菜轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)12個(gè)GSL，除GSL9外，其余均在花藥發(fā)育中被檢測(cè)到，不育花藥中GSL2、GSL5和GSL8表達(dá)量很高［42]。

胼胝質(zhì)的提前或者延后凋亡都會(huì)使花粉壁發(fā)育失常，引起雄性不育。Huang等［43]通過(guò)比較2個(gè)不育突變體，發(fā)現(xiàn)胼胝質(zhì)的降解出現(xiàn)延后，花粉發(fā)育受損，究其原因是CDKG1先和snRNP結(jié)合，再通過(guò)RSZ33蛋白剪切掉CalS5的第6個(gè)內(nèi)含子從而影響其表達(dá)。bnms3突變體中，絨氈層在四分體后期沒(méi)有轉(zhuǎn)變?yōu)榉置陬?lèi)型即胼胝質(zhì)沒(méi)有降解，小孢子未能正常釋放，推測(cè)BnMs3調(diào)控絨氈層的分化和胼胝質(zhì)的降解，同時(shí)參與孢粉素的合成調(diào)控和轉(zhuǎn)運(yùn)［44-45]。李可琪等［46]對(duì)甘藍(lán)型油菜溫敏不育性TE5A的研究中發(fā)現(xiàn)該不育系高溫不育、低溫可育，低溫下正常開(kāi)花的植株轉(zhuǎn)到高溫條件下則轉(zhuǎn)變?yōu)椴挥挥仓隂](méi)有形成四分體結(jié)構(gòu)，包裹著四分體的胼胝質(zhì)降解延遲，導(dǎo)致小孢子不能正常釋放，花粉發(fā)育晚期胼胝質(zhì)才降解。

除了上述途徑外，還有一些其他途徑通過(guò)參與胼胝質(zhì)的調(diào)控來(lái)影響最終的花粉育性。在煙草中，胼胝質(zhì)的過(guò)量表達(dá)導(dǎo)致花粉外壁富集胼胝質(zhì)壁和胼胝質(zhì)塞，即花粉外壁畸形形成不育花粉［47-48]。

5.2 孢粉素物質(zhì)的發(fā)育

孢粉素是花粉外壁的主要成分，是一種由多羥基脂肪族化合物和酚類(lèi)物質(zhì)組成的生物聚合物［4]。孢粉素在絨氈層中合成，通過(guò)烏氏體轉(zhuǎn)移到質(zhì)膜表面并在初生外壁上和孢粉素受體結(jié)合，是一種難分解的物質(zhì)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不溶于一般的酸堿、脂溶劑和無(wú)機(jī)鹽，這是花粉壁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的原因之一，但這一特征使得對(duì)其化學(xué)分析造成了挑戰(zhàn)。雖然孢粉素普遍存在于花粉和小孢子中，但在不同物種中這些器官所含孢粉素的含量是不相同的。與孢粉素有關(guān)基因的突變，會(huì)在四分體釋放小孢子后立即出現(xiàn)花粉壁的缺陷，一般會(huì)削弱雄配子育性［57]。

脂肪酸代謝與孢粉素合成密切相關(guān)，但鮮有通過(guò)脂肪酸代謝調(diào)控花粉壁發(fā)育的報(bào)道［49-50]。成熟的外膜結(jié)構(gòu)中能清晰觀測(cè)到孢粉素的累積。根據(jù)發(fā)育模式的分析，孢粉素對(duì)于雄性不育中花粉壁的形成有著某些關(guān)聯(lián)，例如初生外壁上孢粉素不能正常累積會(huì)造成花粉壁結(jié)構(gòu)缺陷從而引起雄性不育。

目前鑒定到與孢粉素合成相關(guān)基因有PKSA、PKSB、TKPR2、CYB703B1和ACOS5等。三重突變體acbp4acbp5acbp6擁有不規(guī)則花粉壁結(jié)構(gòu)和異常的含油層，其花粉外壁缺失導(dǎo)致花粉不育［51]。孢粉素受體的累積與初生外壁的沉積之間存在某些關(guān)聯(lián)，孢粉素累積缺陷會(huì)導(dǎo)致初生外壁變異，引起敗育。ACOS5（Acry-coa Synthetase5）參與調(diào)控長(zhǎng)鏈脂肪酸的乙?；?，催化合成孢粉素單體，突變體acos5-2中小孢子發(fā)育不正常，四分體釋放小孢子后退化和敗育，初生外壁的沉積顯著減少，孢粉素隨機(jī)無(wú)規(guī)律的分布于小孢子表面［52-53]，與絨氈層有關(guān)的調(diào)控因子DYT和TDF1參與了ACOS5的表達(dá)［54]。水稻OsMS2和擬南芥MS2高度同源，MS2是擬南芥中花粉發(fā)育的關(guān)鍵基因，敲除該基因的植株其絨氈層延遲降解，花粉壁結(jié)構(gòu)較薄，且花粉外壁表面光滑，缺乏孢粉素的累積［55]。絨氈層MYB家族轉(zhuǎn)錄因子MS188、MYB103、MYB80都參與了孢粉素合成的調(diào)控［56]。PKSA（Polyketide synthesis A）和PKSB（Polyketide synthesis B）催化脂肪酰輔酶A酯和丙二酰輔酶A聚合催化產(chǎn)生孢粉素合成的前體物質(zhì)，隨后TKPR1（Tetraketide α-pyronereductase1）和TKPR2通過(guò)降低酮羰基的合成來(lái)調(diào)控孢粉素的合成［57]。CYP703A2和CYP704B1在孢粉素合成過(guò)程中主要是編碼一個(gè)脂肪酸合酶，催化飽和長(zhǎng)鏈脂肪酸向相應(yīng)單羥基脂肪酸的轉(zhuǎn)變［53，58]。

6 展望

在雄性不育的形成過(guò)程中絨氈層的提前、延遲凋亡或者形成空泡狀都會(huì)導(dǎo)致后期花粉壁發(fā)育受限，引起雄性不育。胼胝質(zhì)代謝研究表明，在小孢子周?chē)蓦召|(zhì)代謝下降會(huì)導(dǎo)致初生外壁缺陷，花粉外壁沉積也受影響，說(shuō)明胼胝質(zhì)在花粉壁發(fā)育中起到關(guān)鍵的作用。初生外壁形成缺陷會(huì)引起小孢子質(zhì)膜未能形成波浪狀結(jié)構(gòu)，引起孢粉素沉積異常，花粉外壁發(fā)育異常，導(dǎo)致小孢子降解；孢粉素累積缺陷會(huì)導(dǎo)致花粉外壁缺陷，這些都會(huì)引起雄性不育。此外，高溫脅迫通過(guò)影響花粉壁的發(fā)育來(lái)調(diào)控雄性配子體育性，為雄性不育研究開(kāi)拓了新思路。

圖2 花粉壁發(fā)育的過(guò)程以及相關(guān)調(diào)控基因［59]

由于花粉壁結(jié)構(gòu)和組成較為復(fù)雜，雖然通過(guò)電鏡了解到一些作物花粉壁發(fā)育的大致過(guò)程，也在不同作物中克隆到一些與花粉壁發(fā)育相關(guān)的基因［59]（圖2），但作為一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過(guò)程，其遺傳調(diào)控機(jī)理還需要進(jìn)一步的解析。在花粉壁形成過(guò)程中，絨氈層與花粉細(xì)胞之間存在著大量的物質(zhì)交換，但它們的物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化過(guò)程和調(diào)控機(jī)理并不十分清晰。雄性不育研究中關(guān)于花粉壁發(fā)育的相關(guān)信號(hào)通路報(bào)道也較少，花粉壁的發(fā)育是如何導(dǎo)致雄性不育還有待進(jìn)一步的解析。