紫杉醇是一种高效广谱的抗癌药物,供不应求。目前,化学半合成法是其主要来源方法,但化学合成侧链的过程中涉及部分位点的保护化和去保护化,合成过程繁琐且副产物较多。创建紫杉醇侧链的生物合成路径代替化学合成,是绿色制造紫杉醇的重要发展方向。红豆杉植株内紫杉醇侧链合成路径尚未解析,合成生物学技术的发展为解析紫杉醇侧链的异源合成路径提供了新思路。本论文基于底物的酶促反应相似性原理,设计了紫杉醇侧链可能的生物合成路径,克隆了设计途径中的相关酶,并对其功能进行验证,为异源实现紫杉醇侧链的生物合成打下基础。取得的结果如下:（1）非天然紫杉醇侧链合成路径的设计。基于代谢路径数据库的搜索和反应底物结构相似性原理,利用分子对接模拟技术,系统设计了两条可行性高的紫杉醇侧链生物合成路径。两条可行路径均涉及4步酶的催化反应,提供了一种更加便捷的侧链合成思路。（2）一株高产紫杉醇侧链合成前体苯丙氨酸的基因工程菌的构建。对底盘大肠杆菌K12 MG1655Δrec AΔend A（DE3）菌株中苯丙氨酸合成主路径关键限速酶aro G、phe A进行定向的优化改造,并通过CRISPR/Cas9基因编辑技术将其整合至底盘细胞中。对苯丙氨酸合成的两条分支路径进行敲除,敲除酪氨酸合成的关键基因Tyr A和色氨酸合成的关键基因Trp E,减弱物质的分流。最终,研究获得了一株高产α-Phe的基因工程菌GZ-5,菌株发酵产量达1.831 g/L,是原始菌株的3倍以上。（3）紫杉醇侧链合成途径的候选基因克隆与理化性质分析。克隆了来自沼泽红假单胞菌的Bad A基因和来自中国红豆杉的PAM、C2’OH、CPR、DBTNBT基因。对各蛋白的稀有密码子进行分析优化,对含信号肽的蛋白进行截断处理,增强其在底盘菌株中的表达。通过蛋白保守结构域的分析,预测候选蛋白潜在功能,为蛋白的体外功能验证提供理论支撑。（4）候选蛋白的体外反应验证及紫杉醇侧链的重要前体N-苯甲酰基-β-苯丙氨酸的合成。通过体外反应证实了在大肠杆菌K12 MG1655Δrec AΔend A（DE3）体内所表达的PAM蛋白、Bad A蛋白、DBTNBT蛋白均能发挥底物催化活性。研究通过HPLC和LC-MS检测完成了反应产物的验证,成功在体外合成了β-苯丙氨酸,苯甲酸硫脂,N-苯甲酰基-β-苯丙氨酸三种物质。其中,N-苯甲酰基-β-苯丙氨酸是本研究首次合成的一种新的非天然产物,该物质到最终紫杉醇侧链的合成只差一步羟化。DBTNBT蛋白的体外功能验证结果也证实了该酰基转移酶类确实具有广泛的底物催化活性。本研究通过体外反应成功实现了β-苯丙氨酸,苯甲酸硫脂,N-苯甲酰基-β-苯丙氨酸三种物质的合成。其中,N-苯甲酰基-β-苯丙氨酸为本研究的首次合成,同时该物质作为紫杉醇侧链合成重要前体物质,到最终紫杉醇的合成只差一步羟化。N-苯甲酰基-β-苯丙氨酸的合成证明了本研究所设计的路径具备一定的可行性,为紫杉醇侧链的合成提供了一个更加便捷、简短的生物合成路径,更为解决紫杉醇药物市场供需矛盾提供新思路。