黄脂菌素是在2003年从中国渤海湾的沙土中分离到的灰黄链霉菌（Streptomyces flavogriesus）的发酵液中发现的，具有较好的抗肿瘤活性，同时对革兰氏阳性菌的生长有明显抑制作用。实验还证实黄脂菌素能够有效抑制HSP47蛋白的过量表达及人类成纤维细胞胶原分子的合成，从而作为治疗纤维化疾病的潜力药物。黄脂菌素属于聚环xanthone类化合物，含有这类化合物共有的xanthone核心环。这类化合物结构中普遍存在的亚甲基双氧桥，内酰胺环，同时含有一个与xanthone环相连的氯原子。鉴于黄脂菌素独特的化学结构与作用机理，科学家们长期以来对其表现出浓厚的研究兴趣，但其生物合成机理一直悬而未决。本研究旨在从分子水平上阐明黄脂菌素独特的生物合成机理，从而为揭示聚环xanthone类化合物共同的生物合成途径奠定理论基础，同时为利用组合生物合成手段产生具有更高生物活性的黄脂菌素衍生物提供理论依据。利用lysolipin生物合成基因簇中的卤代酶基因llpH为探针，在黄脂菌素产生菌灰黄链霉菌的基因组文库中筛选到16个阳性克隆，然后利用染色体步移的方法获得另外14个阳性克隆，选取其中三个进行序列测定，得到了92kb的序列信息。结合生物信息学分析，预测其中49个基因与黄脂菌素的生物合成相关，然后通过构建40kb片段缺失突变株对此预测进行了证实。同时，对左边界orf1-5和xanY3-Y5分别进行了大片段缺失，确定其左边界为xanY1；对右边界orf6-11进行了大片段缺失，结合生物信息学分析确定其右边界为xanC3。从而进一步确定黄脂菌素的生物合成基因簇包含49个基因，包括38个结构基因、3个调节基因、3个抗性相关基因以及5个功能未知基因。在此基础上通过对关键基因的深入研究，解析了黄脂菌素的生物合成途径。首先对XanA基因进行了体内敲除实验。XanA与酰胺合酶FdmV有较高同源性，推测其参与了黄脂菌素生物合成过程中δ-内酰胺的形成。xanA基因缺失突变株丧失了产生黄脂菌素的能力同时积累了中间产物8a，用含有完整xanA基因的天然片段进行回补实验恢复了突变株ZWK2产生黄脂菌素的能力，同时对中间产物8a的结构鉴定显示其不含内酰胺结构。证明酰胺合酶基因XanA参与催化了黄脂菌素内酰胺环的形成。其次对xanO4基因进行了体内敲除实验。XanO4与Baeyer-Villiger单加氧酶MtmOIV、GrhO5有较高同源性，推测其可能参与了xanthone结构形成。xanO4基因缺失突变株丧失了产生黄脂菌素的能力同时积累了中间产物6。结构鉴定显示6不含xanthone环而含有醌式结构，证明XanO4参与催化了黄脂菌素中xanthone结构的形成。将XanO4进行表达纯化，构建其生化反应体系，结果显示XanO4能够利用NADPH但未将6转化为7，同时系统进化树分析显示XanO4与双组份酶体系中的GrhO5距离最近，表明XanO4需要有其他蛋白辅助共同催化xanthone结构的产生。通过生物信息学分析，推测XanO2、XanO5、XanT均可能作为XanO4的辅助蛋白参与xanthone结构的形成，因此对其进行了单个基因的缺失实验。实验结果显示三个蛋白均未参与xanthone结构的形成，而是与黄脂菌素其它结构的形成相关。xanO2为黄脂菌素基因簇中唯一的P450单加氧酶基因，xanO2基因缺失突变株丧失了黄脂菌素的产生能力，同时积累了化合物11a。通过对11a高分辨质谱分析结合XanO2预测的功能推断XanO2负责催化了黄脂菌素前体中C17氧甲基与C19羟基反应产生亚甲基双氧桥结构。XanO5与II型聚酮类化合物生物合成中的羟化酶TcmG、GrhO9同源性较高。xanO5基因缺失突变株丧失了黄脂菌素的产生能力，同时积累了化合物15a、15a高分辨质谱分析显示它比黄脂菌素缺少一个氧原子，暗示FAD依赖的单加氧酶XanO5负责催化黄脂菌素生物合成中的最后一步后修饰，即化合物15a的C4位羟化反应。XanT属于CurD-SchA家族，xanT基因的缺失导致黄脂菌素产量的下降，约为原产量的50%，同时积累了新的黄脂菌素结构类似物16。对16的高分辨质谱分析显示16比6少一个氧原子，据此推断XanT参与了黄脂菌素xanthone结构形成前，从中间产物4转化到5的氧化反应过程。剩余的黄脂菌素可能来源于XanT同源蛋白的非特异性催化。同时，对黄脂菌素生物合成基因簇与其他聚酮合酶类基因簇进行了比较分析。首先，xan基因簇包含五个连续基因xanY1-Y5，与甲基供体SAM合成相关。这五个基因常见于初级代谢，在天然产物的生物合成基因簇中并不常见。xanY3-Y5基因的缺失导致了黄脂菌素产量的明显下降，表明黄脂菌素生物合成利用XanY1-Y5为其提供甲基供体SAM，同时也可以利用来自初级代谢的SAM，揭示出黄脂菌素生物合成与初级代谢间存在相互作用。其次，利用系统进化树分析发现了一类未经报道的C11酮基还原酶XanZ4及其同源蛋白LlpZIII、PnxW，目前只见于聚环xanthone类化合物生物合成基因簇llp、pnx、xan，推测其负责了聚环xanthone类化合物芳香化前C11位的酮基还原反应。另外，本研究对黄脂菌素及积累的两个中间产物6及8a进行了细胞毒性检测，结果显示两个中间产物的细胞毒性相比黄脂菌素下降了10~2-10~3，这表明黄脂菌素的后修饰反应对其生物活性非常重要，为通过基因工程手段获得具有更好生物活性的黄脂菌素类似物及同类化合物的结构衍生物提供了基础。