番红霉素(Saframycins，SFMs)是1977年由日本科学家从链霉菌(Streptomyceslavendulae NRRL11002)中分离到的四氢异喹啉类抗肿瘤抗生素，其中SFM-A是活性较高的组分(D50≈5nM)。海鞘素743(Ecteinascidin743，ET-743)是由海鞘(Ecteinascidiamrbinete)产生的与SFM-A具有类似核心骨架的生物碱，具有很高的抗肿瘤活性(体外活性LC50<1pM，ID500.2-0.6nM，活性比抗肿瘤药物紫杉醇高约50倍)，但是其海洋来源限制了研究的发展。本文以微生物来源的SFM-A为目标分子，从克隆生物合成基因簇出发，阐明其生物合成机制，为通过代谢工程改造生产ET-743类似物或结合化学半合成生成ET-743及其类似物奠定基础。　　 首先通过S.lavendulae NRRL11002与E coli S17-1之间的属间接合转移成功地建立了SFM-A宿主菌的遗传转移系统，接合转移效率达到104。采用SuperCos1为黏粒载体，构建了S.lavendulae NRRL11002良好的基因组文库，效价达到4000 cfu/μgDNA。　　 依据非核糖体聚肽合成酶(non-ribosomal peptide synthetase，NRPS)中腺苷化结构域(adenylation，A)和肽酰载体蛋白(peptidyl carrier protein，PCP)的保守基序设计了简并性引物，PCR扩增得到NRPS基因片段，并通过基因中断实验证明该片段与SFM-A的生物合成相关：同时依据末端还原酶(reductase，RE)和PCP的保守基序设计简并性引物，PCR扩增得到编码RE的特异性基因片段。然后用所得基因片段为探针进行文库筛选，成功地克隆了S.lavendulae NRRL11002基因组上长约65kb的DNA区域。　　 序列测定共得到包含完整SFM-A生物合成基因簇的62，804 bp的DNA序列，包含47个开放阅读框，其中sfmR1到sfmO6的30个基因与SFM-A的生物合成相关：8个负责四肽骨架合成的基因，9个后修饰基因，3个调节基因，2个抗性基因，5个与SAM循环相关的基因和3个未知功能的基因。我们推测SFM-A四肽骨架的合成是采取重复使用的NRPS机理，其中SfmA-A1识别并激活丙氨酸，SfmB-A2识别并激活甘氨酸，SfmC-A3识别并激活5-甲基-3-羟基-O-甲基酪氨酸而且可能重复使用两次。根据对基因所编码蛋白的功能分析，我们推测了SFM-A的生物合成途径，其中番红菌素B(safracin B，SAC-B)是关键中间体。　　 对sfmB的基因置换及互补证明了所克隆到的基因簇的正确性。通过与SAC-B基因簇的对比和对基因所编码蛋白的功能分析确定了基因簇的边界。orf(-1)及orf(+1)的基因中断突变体仍然产生SFM-A，表明这两个基因位于SFM-A生物合成基因簇之外。通过Southern杂交实验证明SFM-A的生物合成基因簇位于线性质粒上。　　 将sfmO4在SAC-B的宿主菌假单胞菌(P.fluorescens A2-2)中进行异源表达可以得到双醌衍生物氨基化的SFM-S，用KCN处理发酵液可以转化为SFM-Y3。以S。lividans TK24为宿主菌，构建了一系列异源表达突变体，可用于四肽骨架合成的研究。　　 总之，遗传转移系统的建立为体内遗传学的研究提供了技术基础；SFM-A生物合成基因簇的克隆、序列测定及分析为SFM-A生物合成机制的研究提供了分子水平的遗传基础。SFM-A生物合成机制的初步研究不仅对阐明四氢异喹啉类生物碱的生物合成具有重要意义，而且为在简单、发酵友好的微生物中重组结构更复杂、生物活性更高的类似物的生物合成途径提供了可能。