花粉管生长是开花植物有性生殖过程的一个核心步骤，负责把两个相对不能运动的精细胞运送到胚囊以完成开花植物的双受精过程。花粉管又是研究细胞极性生长的理想细胞学系统，其生长受到各种因子的精确调控。其中微丝骨架是花粉管生长的其中一个非常重要的调控因子，但微丝骨架如何精确调控花粉管生长还不是很清楚。微丝骨架在花粉管的不同区域形成特定的空间结构，行使各种特定的生物学功能。但花粉管中这些微丝结构如何产生、维持以及如何在各种信号刺激下进行重构还了解甚少，本论文为此展开了相关研究。　　为了对花粉管的微丝组织和动态进行活体观察，本研究首先构建了Lat52∷Lifeact-EGFP质粒并产生了稳定表达的转基因植株，发现Lifeact-EGFP能够很好地标记花粉管各区域的微丝结构。相比其它区域，花粉管顶端微丝骨架的存在状态和微丝动态还不是很清楚。于是对花粉管顶端微丝的动态进行了观察，结果发现微丝持续从花粉管顶端膜上长出，并进行快速动态转换。这些微丝要么通过被切割和解聚在原位被快速周转，要么移向花粉管两侧，最后导致微丝在花粉管最顶端的含量相对较低。微丝含量低的顶端总是朝向花粉管生长的方向，暗示花粉管顶端微丝的存在状态可能参与花粉管生长方向控制。　　为了解析花粉管中微丝的组装调控机制，本研究对villin的功能进行了研究。villin具有多种调控微丝动态的功能，能够使微丝成核、加帽和成束，以及具有依赖于钙离子的微丝切割活性。本研究首先选择了在花粉中特异表达的VILLIN5(VLN5)进行研究。发现VLN5缺失抑制花粉管生长，但没有明显影响微丝的总体排布。但vln5花粉管生长和微丝骨架对微丝特异解聚剂Latrunculin B高度敏感，表明VLN5在体内具有稳定微丝的功能，这和VLN5具有微丝侧链结合和微丝成束功能的生化性质相符合。为了验证VLN5是否与在花粉中表达的VLN2基因存在功能冗余，接着产生了VLN2和VLN5功能缺失的双突变体(vln2 vln5)。结果发现虽然VLN2功能缺失并没有造成很明显的花粉管表型，但增强了VLN5功能缺失的效果，vln2 vln5花粉管的生长表现为比vln5更加缓慢，花粉管直径变宽、生长方向发生异常。这些结果表明VLN2和VLN5在花粉管生长过程中功能冗余。进一步的观察发现vln2 vln5花粉管顶端能够正常起始微丝聚合和延伸。但与野生型相比，单根微丝的切割频率显著下降、单根微丝存在时间显著延长，最后导致vln2 vln5花粉管顶端微丝出现累积。以上结果表明，VLN2和VLN5在花粉管顶端促进微丝的动态周转，很可能通过其钙离子依赖的微丝切割活性来实现。　　由于VLN2和VLN5在花粉管中广泛定位，本研究也对它们在花粉管其它区域的功能进行了研究。结果发现vln2 vln5花粉管亚顶端微丝含量降低、排布紊乱以及微丝变细，导致微丝容易发生扭曲。与之相对应的是，转运囊泡在vln2vln5花粉管顶端的累积受阻，这支持了过去有关亚顶端微丝结构参与囊泡组织的观点。对野生型花粉管亚顶端单根微丝的动态观察发现，当微丝与花粉管伸长轴形成大角度时容易通过切割活性而被去除，但vln2 vln5花粉管亚顶端类似微丝的切割频率显著下降，推测villins的切割功能可将一些排布不规则的微丝切除，从而辅助亚顶端微丝有序结构的形成。综合这些结果暗示VLN2和VLN5的微丝稳定和成束功能以及切割活性分别参与调控亚顶端微丝结构的构建。另外，vln2 vln5花粉管槽部微丝束变细、排布紊乱，表明它们参与调控花粉管槽部微丝束的产生，这可能主要是通过它们的微丝成束活性来实现。　　综上所述，本论文描绘了花粉管顶端单根微丝的生长和消失规律;并发现villin作为一个重要的因子，与钙离子梯度协作，在花粉管不同区域调控各微丝结构的动态组装。相关研究丰富了人们对微丝骨架动态组装调控机制以及花粉管生长的细胞学控制机制的理解。