微生物天然产物是新药开发的主要来源,在医药、食品、健康、农业等多个领域具有重要地位。随着微生物基因组测序普遍,人们发现微生物中存在海量的沉默基因簇未被开发,新颖天然产物的挖掘潜力巨大。然而,传统的微生物天然产物分离通常采用“胡子眉毛一把抓”式的系统分离策略或生物活性导向的分离策略,通常面临“耗时长、盲目性大、出新率低、重复发现”等问题,革新天然产物挖掘策略十分必要。近年来,随着基因组学、代谢组学以及基因编辑技术的不断革新,天然产物挖掘已进入一个崭新的阶段。基于基因组学-代谢组学相结合的多组学挖掘策略,本文以两株黏细菌和一株昆虫内生放线菌为研究对象,从中靶向高效分离鉴定化合物共8个,其中新化合物5个。多组学方法显著提升新颖天然产物“暗物质”的定向挖掘效率,并对获得的新颖化合物进行生物活性测试及生物合成的初步探究。基于课题组的大型黏细菌资源库,使用一维核磁代谢组学表征和化学计量学方法,优选出具有特异核磁信号的黏细菌Archangium violaceum SDU8,进一步整合基因组分析、生物信息学结构预测和二维核磁代谢组学表征,指导靶向分离,获得了一类结构新颖的十九元大环内酯类化合物archangiumide A—C(1—3)。其中,archangiumide A(1)为首次发现的具有罕见丙二烯结构片段的十九元大环内酯新颖骨架,在大环内酯超家族中仅此一例。我们通过序列保守性分析和同位素标记实验推导了 archangiumides的生物合成途径——遵从Ⅰ型反式聚酮合酶(trans-AT t确认细节ype I PKS)的装配线,并对archangiumide A中丙二烯基团形成的关键酶学机制进行了体外生化实验的初步探索。此外,生物活性测试中发现archangiumide A具有显著抗水泡性口炎病毒(VSV)活性。进一步基于一维核磁代谢组学表征、化学计量学方法及黏细菌天然产物MyxoDB数据库,从课题组黏细菌资源库高度复杂的粗提取物中优选出另一株黏细菌——军团珊瑚球菌Corallococcus exercitus SDU142,通过核磁表征快速去重复已知化合物,再进一步整合基因组学和核磁代谢组学分析,尤其是通过二维核磁代谢组学表征“探针”核磁信号所对应的结构片段,辅以MyxoDB数据库检索和质谱代谢组学表征,预测结构新颖性,从而定向发现了新化合物pyxipyrrolone C(4),并推导了其生物合成途径。在对4进行细胞毒活性测定后,发现其对人急性单核细胞白血病THP-1存在中等抗肿瘤活性(IC50为26.92±0.33μM)。将建立的多组学天然产物挖掘方法运用于昆虫肠道Pexidartinib半抑制浓度来源的放线菌,从粗提取物具有抗白色念珠菌活性的链霉菌Streptomyces sp.ML6中挖掘出第一个天然来源的环己酰亚胺家族的糖苷取代产物α-L-鼠李糖苷-放线菌酚(5)及3个环己酰亚胺类已知化合物(6—8)。对其生物合成途径进行分析,发现α-L-鼠李糖苷-放线菌酚的产生是链霉菌Streptomyces sp.ML6基因组上的两个并不相邻的基因簇共同作用bioanalytical accuracy and precision的结果。随后进行体外酶促糖基化得到产物7-O-β-D-葡萄糖苷-环己酰亚胺(9)。对化合物进行抗真菌和细胞毒活性测定,两种糖基化产物的活性显著低于环己酰亚胺。推测菌株ML6中化合物发生糖基化可能对寄生菌和宿主具有潜在的自我抗性的生态意义。总之,本文通过基因组学、核磁代谢组学、质谱代谢组分析、MyxoDB数据库检索、活性筛选等方法联用,成功弥合微生物天然产物中的“基因型”和“化学型”之间的鸿沟,从黏细菌和特殊生境的放线菌中均分离得到骨架新颖、活性突出的先导化合物,充分证明多组学联用对弥补单一方法的缺陷、提高天然产物挖掘效率等方面的突出优势。本研究为后续微生物天然产物的挖掘和生物合成途径推导提供了良好的方法学基础。