我国微生物发酵产品生产菌株一般效价较低，而高消耗、高污染，片面追求生产规模的粗放型发展模式已经成为阻碍低碳经济持续高速发展的瓶颈，如何从根本上解决问题，即提高生产菌株的单位发酵产量和效率，降低能耗和生产成本，减少环境污染，是促进我国从“发酵大国”向“发酵强国”转型的关键。合成生物学强大的菌株改造能力是现代发酵工业实现可持续发展的契机，应用合成生物学技术改造发酵菌株是我国发酵工业实现技术优势的必经之路。合成生物学通过“4M”策略对菌株进行改造，即通过定量检测(Measurement)、数据挖掘(Mine)、模型设计(Model)和实验改造(Manipulation)四个步骤的循序进行，不断提升菌株性能。　　普那霉素是一种始旋链霉菌产生的治疗抗性菌感染的特效药，也是已知抗生素中合成通路和调控机制最复杂的，传统的菌株改造方式在普那霉素发酵水平的提高上效果不显著。本论文采用合成生物学的“4M”策略对一株具有一定产素能力的普那霉素发酵菌株PR0466进行研究，获得了以下研究成果:　　1、通过对PR0466的发酵过程进行分析，根据普那霉素的合成速率将发酵过程分为不同的阶段。通过对不同的阶段的发酵样品进行RNA测序分析，获取了据我们所知世界上第一个普那霉素合成相关的时序表达谱。　　2、根据时序表达模式对所有基因进行聚类，获得了八个具有不同表达变化趋势的亚簇，并发现其中一个亚簇中的基因表达变化趋势与普那霉素的合成速率呈正相关。我们推测该亚簇的基因与普那霉素合成相关，并将该亚簇命名为普那霉素亚簇。通过对该亚簇中的基因进行分析，发现大部分普那霉素合成基因簇中的基因存在于该亚簇。通过比较普那霉素的合成基因簇以及普那霉素亚簇中的基因，发现了存在于普那霉素合成基因簇中但功能未知的基因snbS，并推测该基因可能是普那霉素增产的新靶点。　　3、敲除和回补实验证明snbS确实与普那霉素的合成相关。通过对snbS的序列进行生物信息学分析，我们发现snbS可能负责编码乙酰辅酶A羧化酶的β亚基。经过体外酶学实验检测，snbS被证明的确具有编码乙酰辅酶A羧化酶的β亚基的功能，并负责在普那霉素的合成过程中提供重要前体物质——malonyl-CoA。　　4、对snbS上游序列进行分析，我们发现snbS上游序列具有一段保守序列。凝胶阻滞实验的结果证实snbS上游序列可以与SpbR蛋白结合，并且这种结合作用会受到发酵液中信号物质的影响而减弱。通过生物膜层干涉技术检测SpbR蛋白与snbS上游序列的结合能力发现，SpbR蛋白与snbS上游序列的结合能力很强，解离平衡常数达到1.5×10-10M。这些结果揭示了snbS在发酵过程中表达水平变化的调控机制。　　5、在解析了snbS的功能和调控机制之后，我们将snbS作为改造靶点，并根据合成生物学的菌株构建理念构建了snbS不同表达水平的改造菌株。发酵检测的结果表明，增加snbS的表达水平能够有效提高普那霉素PIIA的积累，通过增加snbS的表达，改造菌在工业菌的基础上提高了普那霉素PIIA组分43％的产量。　　snbS的精确定位和改造及其高产机制的解析，形成了一套通过合成生物学方法大幅提高微生物来源的药物产能的技术体系，再次印证了通过合成生物学“4M”策略改造菌株的可行性，为我国其它微生物天然产物药物的高效生物制造也提供了可借鉴的思路、理论、工具和方法。