厦门链霉菌(Streptomyces xiamenensis)318菌株分离自福建红树林沉积物,能产生苯并吡喃类化合物厦门霉素,药理研究表明该化合物具有抗炎、抗纤维化活性。具有氨基酸取代的苯并吡喃类化合物在天然产物中极其少见,这类化合物的生物合成基因簇还未见被报道。厦门霉素具有苏氨酸取代基、4-羟基苯甲酸(4HB)和香叶草基这三个结构单元,异戊烯基取代的4HB可能由芳香族类异戊烯基转移酶催化形成,这类酶是寻找厦门霉素生物合成基因簇的靶标。同时,推测厦门霉素基因簇中还应存在能催化异戊烯基环化为吡喃环的氧化还原酶和催化氨基酸缩合的酰胺酶的基因。本研究首先通过同位素喂养试验证实4HB是厦门霉素生物合成的构造单元之一。利用第二代测序技术测定了厦门链霉菌的基因组草图,通过基因组注释发现了6个属于Ubi A家族的异戊烯基转移酶基因。为了缩小候选基因的范围,利用RT-PCR对这6个候选基因簇进行转录分析,确定了只有3个Ubi A基因转录。进一步对3个转录基因(ORF4925、ORF5065、ORF5313)及其邻近基因展开生物信息学分析,初步确定ORF5313及其邻近基因可能参与厦门霉素的生物合成。本研究构建了厦门链霉菌的基因组文库,定位了携带厦门霉素生物合成基因簇的阳性克隆子。克隆了涵盖ORF5311~5316的7.8 kb的DNA片段,将这5个基因分别命名为xim A~xim E。将厦门霉素生物合成基因簇在变铅青链霉菌中进行异源表达,可以检测到厦门霉素的产生。构建基因置换载体,分别对xim A~xim E进行基因中断,可阻断厦门霉素的产生,鉴定了在xim A基因中断菌株中累积的中间代谢产物厦门霉素B的化学结构。结合基因中断和异源表达试验的结果,确认了这5个基因负责厦门霉素的生物合成,并推测了假定的厦门霉素生物合成途径。采用蛋白异源表达、体外生化实验和底物喂养等手段,分别对基因簇中的单个基因的功能进行了验证。结果表明:(1)新蛋白Xim C具有分支酸裂合酶的活性,催化分支酸生成4-羟基苯甲酸和丙酮酸。完成生物合成厦门霉素的第一步。(2)Xim B具有4-羟基苯甲酸香叶草基转移酶的活性,催化4-羟基苯甲酸和香叶草基二磷酸生成3-香叶草基-4-羟基苯甲酸,完成生物合成厦门霉素的第二步。(3)在Xim D和Xim E的共同作用下,3-香叶草基-4-羟基苯甲酸能被催化生成中间代谢产物厦门霉素B。推测Xim D具有环氧化酶的活性,催化3-香叶草基-4-羟基苯甲酸生成3-香叶草基-4-羟基苯甲酸环氧化物,完成生物合成厦门霉素的第三步。Xim E具有环化酶的活性,催化3-香叶草基-4-羟基苯甲酸环氧化物生成厦门霉素B,完成生物合成厦门霉素的第四步。(4)Xim A具有依赖于ATP的酰胺合成酶的活性,催化厦门霉素B和L-苏氨酸生成厦门霉素,完成生物合成厦门霉素的最后一步,其Km值为474.4μM。本研究首次解析了氨基酸取代的苯并吡喃类化合物厦门霉素的生物合成机制,并证实克隆的生物合成基因簇可在其它通用链霉菌宿主中异源表达获得目标化合物。本研究阐明了该化合物的生物合成途径,为利用突变生物合成或者化学酶学合成的方法制备新的苯并吡喃类化合物,并研究新化合物药学功能打下良好的基础。