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自交不亲和性(Self-incompatibility,SI)是普遍存在于高等植物中一种维持遗传多样性的种内生殖隔离机制。其中对于S-核酸酶类自交不亲和(S-Rnase-based SI)分子机制的研究较深入。除了具有核酸酶活性,S-核酸酶可能导致花粉细胞骨架的变化,但是其机制还不清楚。在本研究中,我们发现杂交矮牵牛(Petunia hybrida)PGP S/D3(Petunia Germinating Pollen Differentially Screened clone3)具有微丝聚合活性,并且S-核酸酶可能通过促进S/D3的降解影响花粉管微丝的正常动态变化和生长,进而导致自花授粉不亲和反应(Self-Pollen Incompatibility,SPI)。为了验证S-核酸酶与S/D3的关系,我们通过下拽实验和免疫共沉淀证明了S-核酸酶在体内外能与S/D3相互作用。进一步实验发现S/D3在花粉中特异表达,但不具有S-单倍型特异性。为了研究S/D3的生化功能,我们发现原核表达的S/D3蛋白可通过二硫键等作用形成多聚体;微丝结合实验发现S/D3是一个新的微丝单体结合蛋白并可以可促进微丝单体的聚合,表明它是一个新的微丝聚合蛋白。为了研究S/D3是否参与自交不亲和反应,我们对白花授粉和异花授粉花柱中S/D3的mRNA及蛋白水平进行了检测,结果表明在SPI反应中它蛋白水平显著降低而mRNA水平未检测到显著变化,同时伴有其泛素化水平升高,提示SPI可能导致S/D3被泛素化介导的蛋白酶小体降解。免疫金标观察发现异花授粉亲和反应(Cross-Pollen Compatibility,CPC)中S/D3主要定位于花粉管的细胞质中,而SPI反应中S/D3则与囊泡状结构密切相关,提示SPI反应中S/D3的降解可能与液泡分拣有关。为了研究S/D3的体内功能,我们构建了它的RNAi载体并转化自交不亲和的矮牵牛得到了转基因阳性植株,分析发现S/D3基因表达下调可导致其在与野生型植株的异型杂交后代中出现严重的转基因偏分离,表明该基因表达的下降影响了花粉管的正常生长,提示它是一个花粉管生长需要的因子。为了探索SPI反应中S/D3变化的原因,我们进行了S-核酸酶抗体吸收实验,结果发现花柱粗提液与相同S-单倍型的花粉孵育可诱导S/D3的降解;与此相反,花柱粗提液中的S-核酸酶被抗体吸收后,S/D3蛋白降解则被抑制,提示S-核酸酶可能直接通过促进S/D3降解而导致S/D3蛋白水平的降低,后者的变化可能导致微丝聚合活性的减少,进而影响了正常细胞骨架动态变化,抑制了花粉管生长。为了检验S/D3在花粉管生长中的作用,我们研究了非S-核酸酶类自交不亲和植物拟南芥中S/D3的类似蛋白AtS/D3L(S/D3-likeprotein)的功能。与S/D3相似,AtS/D3L在花粉中特异表达,可以与微丝单体结合,具有聚合活性。转基因实验表明AtS/D3L表达变化直接影响花粉管的正常生长。综上所述,我们发现S/D3代表一个花粉特异表达的新的微丝结合蛋白家族,在花粉管生长中发挥功能。我们的结果进一步表明S-核酸酶可能通过引起S/D3的降解而影响微丝聚合进而影响了花粉管的正常生长,产生SPI反应。这些结果为阐明S-核酸酶介导的细胞毒性作用机制提供了新的思路。