萜类化合物(Terpenoids)是化学结构最为丰富的一类天然产物,具有广泛的生理生态作用和药用价值。在萜类化合物的生物合成途径中,萜类合酶(terpene synthase, TPS)是萜类化合物生成步骤中的关键酶,起到环化的作用。不同生物中的TPS具有不同的结构和催化机制,这也就决定了产物萜类化合物的结构多样性和活性多样性。对萜类合酶基因进行克隆、异源表达和晶体结构的研究,有利于发掘新型萜类化合物合成机制,进行代谢调控研究和蛋白结构工程改造。菌株Streptomyces sp. LZ35是产多种抗生素的海洋链霉菌,从厦门集美潮间带土样中分离得到。课题组对该菌株进行了全基因组测序和生物信息学分析,结果表明该菌株中含有4个萜类合酶基因,其中包括1个二萜合酶基因cyclooctatin synthase gene cyc,2个倍半萜合酶基因pentalene synthase gene pen和geosmin synthase gene geo和1个三萜合酶基因hopene synthase gene。本学位论文对其中的二萜合酶基因cyc进行了深入研究。首先,运用分子生物学方法构建了cyclooctatin synthase (CYC) native蛋白和Se-Met CYC蛋白衍生物异源表达体系,确定最优表达条件和纯化方法；其次,获得满足结晶条件的重组蛋白后,进行蛋白质结晶试剂、条件的筛选和优化,得到符合X-射线衍射要求的单晶,分别收集分辨率为1.75A(CYC native蛋白)和2.6A (Se-Met CYC蛋白)的衍射数据,解析得到二萜合酶的蛋白质结构；第三,进行了CYC蛋白与底物类似物10-F-GGPP的共结晶实验,以期望获得复合物晶体,确定二萜合酶的功能和催化位点,结果未能得到复合物晶体；最后,构建了二萜合酶基因cyc过表达体系,并对改造后的菌株进行二萜类产物的提取、分离和纯化,检测到新型二萜化合物Heng-1。另外本论文还对两个倍半萜合酶基因pen和geo进行了初步研究,采用同样的实验方法构建2个倍半萜合酶基因表达体系,进行蛋白的异源表达和纯化。其中pentalene synthase(PEN)蛋白进行了结晶筛选,没有得到晶体,还需要进行蛋白的优化和再结晶实验；geosmin synthase (GEO)蛋白未能成功表达,需要进一步研究。综上,本学位论文通过分子生物学和蛋白质组学方法,成功解析出二萜合酶CYC蛋白质结构。为确证该蛋白功能,还需继续进行共晶实验、体外蛋白酶活的测定以及过表达效果验证。此外,两个倍半萜合酶仍需进行蛋白的优化和表达条件的摸索。