花粉发育及花粉管生长是有花植物有性生殖的关键步骤,受到很多蛋白和信号分子的调控,是一个非常复杂的生物学过程。膜联蛋白（Annexin）家族是一类进化上保守的且能结合钙和磷脂的多基因家族,该家族成员是否参与调控花粉发育和生长的研究还未见报道。在花粉萌发和花粉管生长过程中,微丝骨架在不同的时间和空间呈现出特定的结构并行使不同功能。ACTDIN DEPOLYMERIZING FACTOR （ADF）是一类核心的微丝动态调节因子,保守的ADF在体外具有剪切和解聚微丝的功能,拟南芥ADF家族的11个成员中,仅有ADF7被证明通过剪切微丝促进花粉管主干区微丝索的动态,而其它ADF成员参与调节花粉微丝动态的功能仍然未知。本文主要以拟南芥花粉为研究材料,通过体外生化和遗传学方法,研究了Annexin5（Ann5）和ADF5在花粉发育和生长过程中的功能,探讨了微丝骨架、囊泡运输和Ca2+协同调控花粉发育和花粉管极性生长过程和作用机理,取得了如下结果：1、研究发现拟南芥nn5在成熟花粉和萌发的花粉管中大量表达,更进一步的研究表明,Ann5在花粉发育二细胞期初始表达,在三细胞期和成熟花粉中表达量达到最高,Ann5-GFP弥散地分布于花粉细胞质中。2、揭示了Ann5在花粉发育和生长过程中的作用,在Ann5-RNAi株系中,Ann5功能下调会造成花粉败育,且花粉败育表型能被外源Ann5回补,Ann5-RNAi花粉败育出现于二细胞期,初期花粉发生质壁分离,接着质膜上出现很多缺口,内部的细胞器和囊泡逐渐降解,最终形成一个细胞内含物消失的塌陷型花粉。3、阐明了Ann5在花粉发育和生长过程中的作用机理,Ann5在体外具有Ca2+依赖性或Ca2+不依赖性结合磷脂的功能,但以Ca2+依赖性为主,与野生型相比,Ann5过表达株系花粉萌发、花粉管生长和胞质环流对囊泡运输抑制剂Brefeldin A（BFA）具有明显抗性,且该抗性受Ca2+调节。此外,Ann5在体外能结合微丝,但Ann5过表达株系花粉对微丝解聚药物LatB的响应与对照相比并无明显差别,微丝骨架仅为Ann5参与的囊泡运输提供分子轨道。足量的Ann5Ca2+结合位点突变体只能部分回补Ann5-RNAi味系花粉败育表型,说明Ann5Ca2+依赖性地促进囊泡运输对于花粉发育和生长非常重要。4、研究发现ADF5是一个非典型的微丝解聚因子,在体外可以结合、成束并稳定微丝,且ADF5的活性在酸性条件下显著增强,这与传统微丝解聚因子的生化性质完全相反。5、揭示了ADF5在花粉萌发和花粉管生长过程中的作用,ADF5在成熟花粉和花粉管中大量表达,且ADF5在花粉中能与微丝共定位。ADF5功能缺失导致花粉细胞中微丝骨架的组织动态发生变化,进而造成花粉萌发延迟和花粉管生长减缓,adf5突变体花粉粒和花粉管主干区的微丝数量和束化程度显著减少,且对LatB更加敏感,这与其体外生化性质相一致。6、阐明了ADF5成束微丝的作用机理,ADF5蛋白含有两个actin结合结构域,其中一个位于N端32个氨基酸上,N32缺失的ADF5突变体不能束化微丝,且将ADF1的N端替换成ADF5N32后,重组蛋白生化性质由剪切/解聚微丝转变为束化微丝,说明ADF5与ADF1相反的生化性质可能是由于其N端差异造成的。ADF5与ADF1具有相反的生化性质并能在体外竞争性地结合微丝,考虑到花粉细胞中存在明显的质子梯度,ADF5可能与其它ADFs协同地或拮抗地调节花粉微丝的组织和动态。综上所述,作为膜、微丝骨架和钙之间的“枢纽”蛋白,Ann5Ca2+依赖性地促进花粉细胞内的囊泡运输,进而调节花粉发育和花粉管的极性生长。ADF5作为一个微丝成束蛋白,能够感知花粉细胞中质子浓度的变化,通过调节微丝束的生成、组织和维持在花粉萌发和花粉管生长过程中起着关键的作用。Ann5和ADF5的功能分析有助于我们理解微丝骨架、Ca2+、囊泡在花粉发育和生长中的作用机理。