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1929年，青霉素的发现是医疗史上最重要的事情之一。时至今日，以青霉素与头孢菌素为主的β-内酰胺类抗生物仍然是最重要的抗感染药物，占世界抗感染药物市场份额的65％。
产黄青霉(Penicilliumchrysogenum)是青霉素的生产用菌，通过菌种改良以获得更高产量是工业生产的重要课题。青霉素生物合成机制的深入研究以及产量、品质相关基因的鉴别，将为青霉素工业生产菌种的选育及基因工程改造提供广阔的前景。
本研究首次从基因组水平对产黄青霉中与青霉素密切相关的前体氨基酸的合成、苯乙酸的氧化，过氧化物酶体形成以及麦角固醇合成等代谢途径进行了全面注释，根据注释结果构建了cDNA芯片，比较了这些基因在工业生产菌株与低产菌株间表达水平的差异，鉴别了一批与青霉素产量、品质相关的基因，揭示了相关代谢途径与青霉素产量的关系。
利用基因注释与RT-PCR，在青霉素生物合成基因簇中注释得到14个ORF，对其中一个推断的C-4甲基固醇氧化酶基因PcERG25进行了进一步的克隆与验证。这是除了三个关键酶基因外，第一次在产黄青霉生物合成基因簇中鉴别的基因。
建立了产黄青霉工业生产菌株的转基因体系，并在此基础上开展了功能基因研究。我们克隆了产黄青霉中过氧化物酶体定位信号1(PTS1)受体的编码基因PcPEX5。遗传互补实验证明PcPEX5可以恢复酵母pex5缺陷型的功能。由于在产黄青霉中，催化青霉素生物合成反应第三步的酰基辅酶A：异青霉素N酰基转移酶(AAT)含有PTS1，需要定位到过氧化物酶体中，因此通过产黄青霉的基因转化，研究了PcPEX5基因在青霉素生物合成中的作用。结果表明，PcPEX5的过量表达并未提高青霉素的产量。
从产黄青霉中发现了一个属于主要易化超家族的转运蛋白PctA，与β-内酰胺抗生素的分泌相关。通过增加该基因拷贝数，有效提高了发酵法生产7-ADCA基因工程菌中目的产物的发酵水平，显示了良好的应用前景。
基因组学、生物信息学、基因芯片等技术手段，为从整体水平揭示青霉素生物合成的机制提供了有利的工具。关键基因的鉴定为青霉素工业生产菌株的基因改造奠定了基础。