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非核糖体肽类天然产物是药物的重要来源之一，它具有丰富的结构类型及多种生物活性。对非核糖体肽类化合物的生物合成机制的研究不仅可以加深我们对这类化合物的理解，同时可以发现一些独特的酶及新的化学机制，这将促进我们对自然的理解，并为开发新的药物前体打下理论基础。本文以两类非核糖体肽白黄菌素和谷氨酰胺蓝靛素为研究对象，考察了其具体的合成途径和其中涉及到的新颖的酶促过程，并将谷氨酰胺蓝靛素合成酶基因开发为报告基因应用于链霉菌的基因敲除系统中，具体的研究内容包括: 1、白黄菌素的生物合成研究:我们对白黄菌素的产生菌-白黄链霉菌313进行了基因组测序，并通过生物信息学分析找到了可能参与白黄菌素生物合成的基因簇;随后，我们对簇中关键的结构基因进行阻断，发现白黄菌素的产量消失，证明该簇负责白黄菌素的生物合成;通过对该簇中上下游基因的逐个敲除并分析突变株中白黄菌素的产量变化，确定了白黄菌素基因簇的边界;对突变株中所积累的中间代谢产物的分析暗示基因orf92负责白黄菌素中吲哚吡咯三环结构的形成，基因orf95和orf94分别负责白黄菌素A中哒嗪环的羟基化及后续的甲基化修饰。另外，我们还借助体内敲除和体外酶学相结合的手段研究白黄菌素中卤素原子的来源，证明其是由独立于基因簇之外的卤化酶负责的;该卤化酶还可以识别含溴的底物，通过在培养基中添加溴化钠的手段获得了含有溴原子的白黄菌素。综合以上实验结果，我们对白黄菌素的生物合成路径进行了推测。最后，利用组合生物合成的方法将来源于化合物chloptosin合成中负责其二聚化的基因转入白黄链霉菌313中，成功获得了二聚化的白黄菌素A及其衍生物。 2、谷氨酰胺蓝靛素的生物合成研究及应用:谷氨酰胺蓝靛素是由非典型的单模块的非核糖体肽合成酶催化产生的蓝色化合物。通过对淡紫灰链霉菌CGMCC4.1386基因组的挖掘，我们找到了负责其生物合成的基因idgS，并成功将idgS在不同的链霉菌和大肠杆菌中进行了表达，产生谷氨酰胺蓝靛素。为了研究谷氨酰胺蓝靛素的生物合成，我们对谷氨酰胺蓝靛素合成酶不同形式的蛋白进行表达，获得了有活性的Holo-IdgS、Apo-IdgS、TE结构域突变体IdgS-TE*以及截短表达的IdgS的氧化结构域(Ox)及PCP+硫酯酶结构域(T+TE)，另外化学合成了反应中间体的模拟物L-Gln-SNAC及L-Gln-CoA来作为不同蛋白的底物。目前T+TE结构域的体外酶学实验证明了其可以催化产生L-Gln的环化产物，初步揭示了谷氨酰胺蓝靛素的生物合成机制。由于谷氨酰胺蓝靛素的合成无需添加底物且颜色反应明显，可以作为良好的报告系统应用于链霉菌中，我们构建了基于idgS的链霉菌敲除系统，包括一系列自杀型和温敏复制型的质粒，并成功将该系统应用于不同链霉菌的基因敲除中。通过这一基因敲除系统，我们发现链霉菌YN86中A因子合成基因afsA-y对保罗霉素的产生起负调控作用。基于idgS建立的敲除系统能够更加方便、快速、高效的获得相应基因的双交换突变株，为链霉菌的遗传改造提供了新的方法。