中文摘要：

申请人长期从事抗生素(特别是聚酮及非核糖体多肽)的生物合成、基因克隆与表达、代谢工程等研究，涉及生物化学、分子生物学、天然药物化学和生物工程等领域。阐明了油菜类作物中芥子油苷的生物合成途径；克隆了抗肿瘤药物博来霉素 (bleomycin)的生物合成基因簇并阐明了其生物合成途径；对病原真菌聚酮类真菌毒素、植物内生真菌和新型生防细菌中抗生素及天然药物的生物合成与代谢工程进行了研究；先后获得NSF、NIH和NSFC海外青年学者合作基金等10余项课题的资助；在PNAS、J. Am. Chem. Soc.、Nat. Prod. Rep.、Chem. & Biol.、Antimicrob. Agents Chemother.、Biochemistry、Plant Physiol.、J. Biol. Chem.、Mol. Biol. Cell等刊物发表研究论文50余篇；国际会议邀请报告20余篇。

结论摘要：

由于耐药菌的不断出现，新结构和新作用机制抗生素的发现在今天显得尤为迫切。由于传统研究方法重复发现已知抗生素的机率不断增加，利用新方法从相对研究较少的生物资源中发掘新抗生素是新药研发的一条重要途径。产酶溶杆菌OH11菌株分离自辣椒根际土壤，通过对OH11菌株基因组序列的生物信息学分析，发现其中含有一个巨大的未知NRPS基因簇。通过比较结构基因敲除突变株与野生型代谢产物的差异，结合抗菌活性追踪分离，获得了该基因簇编码的天然产物，并确定其结构为抗耐药菌环脂肽WAP8294A2，在美国目前已进入临床Ⅰ/Ⅱ期研究。申请项目研究首次报道了WAP8294As的生物合成基因簇，并提出了可能的生物合成途径。产酶溶杆菌C3菌株分离自肯塔基蓝草的叶子，前期已经从C3菌株中分离得到的具有新颖抗真菌机制的化合物HSAF。申请项目研究发现HSAF的生物合成基因簇包括一个单模块PKS/NRPS基因、四个氧化还原酶基因、脂肪酸羟化酶和铁氧还蛋白还原酶基因。为阐明结构独特的HSAFs的生物合成机制，我们异源表达了NRPS蛋白，通过体外酶活测定发现NRPS可以同时接受两条聚酮链形成含有tetramic acid结构的化合物，该结果提示我们HSAF基因簇中“单模块的PKS”可能通过重复使用合成两条聚酮链，在NRPS的催化下形成HSAF骨架结构。与此同时，我们还意外地发现NRPS中的TE domain同时具有多肽连接酶和水解酶活性。此外，为了深入研究HSAF的合成机制，对C3菌株进行了大规模发酵和代谢产物分离,从C3菌株野生型中分离得到4个HSAF类化合物，2个为新化合物；从C3菌株OX4基因敲除突变株分离得到1个新HSAF类化合物。对C3菌株OX1 – 4基因敲除突变株代谢产物的检测，发现OX1和OX3可能参与了“5-5”环的形成，OX2和OX4可能参与了HSAF“5-5-6”三环系统中6元环的形成。此外，通过对SD和FNR基因敲除突变株代谢产物的检测及体外酶活测定，发现SD和FNR负责催化HSAFs的3位羟基化。上述研究结果一方面显示了溶杆菌有产生新抗生素的巨大潜力，另一方面WAP和HSAF类化合物的发现和生物合成机制研究，对于新活性天然产物的发掘和已有次生代谢产物的改良有着重要的理论和应用价值。