真菌聚酮化合物展示出了极其丰富的结构多样性,并随之带来了多种生物活性,因此这一大类分子的生物合成和工程研究具有重要意义。然而,作为应用最广泛的细胞工厂之一,酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）异源合成聚酮化合物,尤其是复杂聚酮,仍是挑战。比卡菌素是一种红色四环类聚酮化合物,具有抗细菌、抗原虫、抗真菌、抗癌等特性。本研究以比卡菌素代谢通路为例,使用合成生物学方法将复杂的I型聚酮途径重组到酿酒酵母中,并展示了多种高效的合成生物学方法来对复杂聚酮代谢路径进行工程化改造,解决复杂聚酮分子的表达及产量优化问题。首先通过对比卡菌素路径快速设计并选取bik2、bik3、bik1、bik6、ppt、npg A等基因,在酿酒酵母中重新构建了比卡菌素代谢通路,并开发了绿色荧光蛋白标签正交排查策略（GFP mapping）迅速确定了Bik1是该代谢通路的瓶颈,随后在更换蛋白序列的基础上,通过启动子重构筛选,优化了大小超过200 KD的多结构域聚酮合酶——Bik1的表达,进而打破了Bik1的代谢瓶颈,首次在酿酒酵母中成功实现了比卡菌素的全合成。在此基础上,通过分析Bik1的表达调控与比卡菌素代谢合成通路的相关性,进一步确定了Bik1的良好表达在比卡菌素合成中的关键作用。此外通过代谢路径构建与表征解析,确定了在酿酒酵母中构建的各个基因的贡献:其中Bik2、Bik3和Bik1是比卡菌素合成所必需的,发挥关键作用;而Bik1的活化需要Ppt或Npg A,且当Ppt和Npg A同时存在或存在两个拷贝的Npg A时,能够使比卡菌素的产量提高;Bik6对比卡菌素的合成影响甚微。随后借助对代谢路径自下而上的代谢分析,表征出了完整的比卡菌素合成路径,并且发现在聚酮骨架合成后需要在Bik2、Bik3之间反复穿梭进行修饰以生成比卡菌素。基于比卡菌素代谢通路的多酶、多步骤、多底物反复穿梭的反应特点,在代谢通量优化的基础上,提出底物路径精简策略。在此,将多次利用的关键功能模块单加氧酶（Bik2）和甲基转移酶（Bik3）融合,有效地提高了Bik2和Bik3的协同催化作用,使比卡菌素的摇瓶产量提高了10倍,并通过培养基优化进一步提高了5倍,从最初的0.74mg/L提高到了202.75 mg/L。为了进一步考察这中复杂合成路径与底盘的适配性,本研究将优化后的比卡菌素路径引入到47种不同的酵母底盘中进行筛选,通过一系列的检测和适配性分析,展现了比卡菌素合成效率在不同的底盘细胞中巨大的差异,最后筛选出最优底盘378604X,在250m L摇瓶水平下,比卡菌素产量达到359.80 mg/L,进一步提高了75%。本研究结合多种合成生物学策略,解析了复杂真菌聚酮类化合物比卡菌素的合成路径,并在酿酒酵母中首次实现了该复杂聚酮的异源合成,并通过进一步的优化和底盘适配性研究,将比卡菌素产量提高了近500倍。该研究不仅证明了在酿酒酵母中合成复杂真菌聚酮类化合物的可行性和巨大潜力,而且展现了多种合成生物学技术协同的显著成效,为其他复杂长路径化合物的生物合成过程的设计和构建提供了一个完整的参考案例。