蒽环类抗生素是一类重要的抗肿瘤天然产物，由保守的芳香四环骨架和不同的脱氧糖取代形成。其中，柔红霉素和阿霉素是上世纪六十年代从链霉菌发酵液中分离获得的，对于白血病、淋巴系统肿瘤和多种实体肿瘤具有抑制作用，目前已成为临床一线抗肿瘤药物。这类抗生素可以与DNA结合，同时抑制拓扑异构酶Ⅱ的活性，从而起到抑制肿瘤细胞增殖的作用。结构生物学研究表明，脱氧糖基团可以与DNA小沟紧密结合，对蒽环类天然产物的抗肿瘤效果有重要影响。　　柔红霉素的四环骨架结构是由Ⅱ型聚酮合酶以丙酰辅酶A为起始单元、丙二酸单酰辅酶A为延伸单元进行缩合反应形成的。之后，由糖基转移酶将TDP-柔红霉胺的糖基连接在四环骨架的C-7位羟基上。再经过脱去甲酯，甲基化和氧化等后修饰过程，形成柔红霉素产物。阿霉素是柔红霉素C-14位进一步羟化的产物，具有更强的抗肿瘤效果。但是催化形成阿霉素的C-14位羟化反应转化率较低，导致阿霉素的发酵产量很低。虽然阿霉素也是链霉菌产生的天然产物，但目前只能通过以柔红霉素为原料的化学半合成方法进行工业生产。而柔红霉素的发酵液中，总是发现鲍霉素等柔红霉素类似物产生，但其生物合成机制仍然未知，说明柔红霉素的生物合成过程中可能仍存在未知的后修饰过程。　　我们以一株产生柔红霉素的天蓝淡红链霉菌S.coreuleorubidus为研究对象，通过全基因组测序的方法获得完整的柔红霉素生物合成基因簇。通过将参与糖基合成的dnmV进行同框缺失，得到了不再产生柔红霉素的突变株，而将dnmV基因回补后，则可恢复柔红霉素的产生，验证了我们获得基因簇的正确性。通过生物信息学分析，我们在柔红霉素生物合成基因簇中发现了部分“冗余”的基因，我们推测它们可能与柔红霉素的糖基修饰和C13/C14侧链的氧化后修饰过程有关。　　我们在柔红霉素生物合成基因簇中发现dnrH、dnrX和dnmZ等基因可能参与柔红霉素新的糖基修饰过程。糖基转移酶dnmS负责将骨架C-7位羟基进行糖基化修饰，形成单糖基取代的中间体。而我们在基因簇中发现了第二个糖基转移酶dnrH，在基因水平上提出了柔红二糖产物存在的可能性。通过对野生型发酵产物进行分离纯化，我们获得了两个与柔红霉素结构类似的二糖化合物，第二个脱氧糖连接在柔红霉素第一个糖基的C-4羟基上。将dnrH进行同框缺失后，突变株不再产生这两个柔红二糖产物，从而证明了dnrH是负责柔红霉素进行第二步糖基修饰的糖基转移酶，可以在柔红霉胺的C-4羟基上连接一个脱氧糖，形成柔红二糖产物。通过同源性分析，dnrX基因编码甲基转移酶，dnmZ基因编码亚硝基合成酶同源的黄素氧化酶。但dnrX和dnmZ的同框缺失突变株仍可以产生柔红二糖产物，它们可能负责将柔红二糖产物进一步甲基化和氧化修饰，并通过碳碳键氧化断裂反应形成鲍霉素等假二糖产物。　　细胞色素P450蛋白DoxA负责催化C-13位连续氧化过程，以及之后C-14位羟化生产阿霉素的多步反应，这一过程是柔红霉素生物合成中最受关注的反应。而DoxA催化的C-14位羟化反应难以发生，我们推测dnrV和dnrU可能参与了这一反应，协助doxA共同完成氧化。通过基因敲除和异源表达等实验，我们确认dnrV对doxA的C-14羟化过程具有重要影响，而dnrU并不参与柔红霉素的侧链氧化修饰过程。在体外实验中，DoxA可以快速将13-脱氧柔红霉素的C-13位氧化为羟基，形成13-二氢柔红霉素中间产物，但后续氧化反应难以发生。而乙二醛酶的同源蛋白DnrV可以促进DoxA将13-二氢柔红霉素氧化为柔红霉素，再氧化为阿霉素的过程。DnrV需要半胱氨酸作为辅因子，而其他常见的硫醇小分子和半胱氨酸类似物并不能促进反应发生。因此，半胱氨酸依赖的DnrV是P450氧化酶DoxA的辅助蛋白，它们可组成双组份氧化体系，共同完成柔红霉素的C-13羰基化和C-14羟化过程。　　我们的工作首次揭示了柔红霉素生物合成过程中存在的二糖修饰过程，鉴定了柔红二糖产物的结构，并对DnrV和DoxA共同参与的C13/C14氧化的机制进行了研究。这些工作不仅扩展了对于柔红霉素生物合成后修饰过程的认识，而且对阿霉素工程菌株的构建和新抗肿瘤药物的发现有一定的指导作用。