链霉菌的次级代谢能力非常强大,代谢形式更是繁复多样,其可以提供丰富的天然产物,被广泛应用于人类医学,动物健康和植物作物保护。但是我们对链霉菌的代谢路径、生物合成基因簇功能的了解还是相对有限,通过对微生物代谢组学的分析,可以对链霉菌的细胞功能有更深层次的了解。(1)目前,代谢物的识别和鉴定是代谢组学进展最重要的限制因素之一,建立代谢物二级质谱数据库可以有效地促进代谢组学的发展。我们利用HPLC-Q-TOF高分辨质谱对模式菌株白色链霉菌(Streptomyces albus)的代谢产物进行检测,然后通过二级质谱(Auto ms/ms)对代谢物的结构进行鉴定,从而建立基础的白色链霉菌代谢物质谱数据库。通过实验本文共获得了1188个二级质谱谱图,297种无重复的化合物二级质谱数据,鉴定了其中52种代谢产物。此数据库为后续分析白色链霉菌以及其为宿主的异源表达菌株的代谢差异和研究SF2768生物合成基因簇功能奠定了坚实的基础。(2)SF2768为双异腈天然活性物质,具有潜在应用价值。本章研究旨在揭示SF2768的生物合成途径,寻找可能的生物合成前体,解释其生物合成基因簇的功能。首先,本文比较了野生型白色链霉菌与异源表达菌株S.albus::pZMY13C的代谢差异,以确认只有异源表达菌株可以产生SF2768。随后,利用代谢组学多组比较的方法分析ΔsfaA、ΔsfaB、ΔsfaC、ΔsfaD这4个基因中断菌株与异源表达菌株S.albus::pZMY13C代谢差异(前人研究结果表明ΔsfaA、ΔsfaB、ΔsfaC、ΔsfaD和ΔsfaE这5个基因敲除后会完全阻断抗生素SF2768的生物合成),以寻找SF2768可能的合成前体。通过实验我们发现谷氨酸、组氨酸、酪氨酸、苯基甘氨酸、氨基丁酸和烟碱酸为SF2768生物合成途径中的关键代谢物。为了进一步确证我们的结果,我们在异源表达菌株S.albus::pZMY13C发酵过程中添加这6种化合物,并检测SF2768的产量变化。同时添加等量的6种可能前体物质后,苯基甘氨酸会极大程度上调SF2768产量,最有可能为SF2768的生物合成的前体物质。(3)在前期利用代谢组学的方法探究SF2768生物合成基因簇功能的过程中,本文建立了相对成熟的代谢组学分析方法。由此,我们利用该方法对系列以白色链霉菌为宿主的异源表达菌株进行代谢组学分析,寻找宿主与异源表达菌株间的代谢差异,以提高抗生素的产量,指导其生物合成或发现新天然产物。这些菌株包括S.albus、S.albus::pZAY10A3、S.albus::pZAY23F11,它们分别产肠菌素、全霉素等抗生素。通过LC-MS对上述菌株进行代谢产物扫描,我们均检测到目标代谢产物,并进行野生菌株与各异源表达菌株代谢差异分析,发现了影响异源表达的重要差异代谢物。本文以HPLC-HRMS进行白色链霉菌的代谢组学分析,建立了白色链霉菌代谢物的质谱数据库,开展了以白色链霉菌为宿主的异源表达菌株代谢物差异分析,这对SF2768生物合成基因簇的功能分析和新型抗生素发掘等研究均具有重要意义。