天然产物是最好的药物开发来源,对其生物合成的研究可以大大促进从天然产物中研发新的、具有更优良性状的药物。为了探明链霉菌天然产物的生物合成规律并通过遗传改造获得新化合物,本研究选取了产格尔德霉素的菌株Streptomyces autolyticus CGMCC0516和产放线菌酮的菌株Streptomyces sp. YIM56141为研究对象,对格尔德霉素和放线菌酮的生物合成途径进行了研究,阐明了它们生物合成的部分机理,并通过遗传改造获得了一个重要的抗肿瘤先导化合物和数个可能的新化合物。为了深入研究格尔德霉素的生物合成机理并通过遗传改造获得新活性化合物,本研究采用构建基因组文库的方法,克隆了S. autolyticus CGMCC0516中的格尔德霉素基因簇,并通过基因敲除、互补分析、蛋白表达及酶学研究等方法,对格尔德霉素的生物合成进行了探讨；找到并证明了在聚酮合酶GdmAI上游17kb的位置有一个参与了碳17位氧甲基转移的基因——gdmMT;敲除gdmMT基因构建了能够产生大量17-氧-去甲基格尔德霉素及少量目前最具潜力的抗肿瘤化合物17-氨基-17-去甲氧基格尔德霉素的工程菌株。这是首次通过敲除氧甲基转移酶基因生物合成此化合物,与化学合成方法相比,更加经济、环保,并具有可持续利用的优势。为了探明放线菌酮的生物合成途径并通过组合生物合成的方法获得更多活性衍生物,本研究构建了Streptomyces. sp. YIM56141基因组文库,克隆了放线菌酮生物合成基因簇；结合基因组扫描手段,对包含该基因簇在内的45.5kb的DNA片段进行了快速测序；通过生物信息学分析、基因敲除、互补分析和蛋白质体外表达研究,证明了包含10个基因(全长36.5kb)的该基因簇负责了放线菌酮及放线菌酚的生物合成。通过构建chxG、chxH、chxI和chxJ基因敲除突变株,获得了一系列可能的新化合物,并解析了其中一个化合物,命名为8,9-脱氢放线菌酮,这是对该化合物的首次报道。本研究首次克隆并证实了参与放线菌酮类化合物生物合成的基因簇,并首次发现了该基因簇同时负责放线菌酚类化合物的合成,为组合生物合成该类化合物的新衍生物打下了坚实的基础。同时,合成该类化合物骨架的聚酮合酶属于一类特殊的AT-less type Ⅰ PKS,相对其它该类PKS较小,为研究该类聚酮合酶提供了很好的材料,可作为AT-Less Type Ⅰ PKS的模式基因和作为研究戊二酰亚胺生物合成的极佳材料,具有重大的理论意义和应用价值。综上所述,本论文工作通过对格尔德霉素和放线菌酮生物合成途径的研究,进一步阐明了它们生物合成途径中的部分分子机理及特征,并获得了一系列可能的新化合物,为进一步通过组合生物合成方法获得有更佳药理学特性的新化合物提供了充分的理论依据。