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核糖体肽类化合物是一类具有丰富结构多样性的天然产物。多样的生物活性和独特的生物合成途径引起了人们对核糖体肽越来越多的兴趣，相对简单的生物合成逻辑也使得它们成为合成生物学研究的目标之一。YM-216391和Mechercharmycin A是具有良好的抗肿瘤活性的环肽化合物，分子中存在多噻唑/噁唑、D-allo-Ile和特殊的5-苯基噁唑结构，这些特征使得它们属于核糖体肽新的亚家族。本论文以Mechercharmycin和YM-216391为目标开展其生物合成机制研究，并以生物合成机制研究为基础和指导进行YM-216391的组合生物合成研究。 在Mechercharmycin的生物合成机制研究中，通过对DSM44894进行基因组全测序获得Mechercharmycin的生物合成基因簇，确定Mechercharmycin A是通过核糖体肽生物合成途径形成的。由于体内遗传操作系统及在大肠杆菌和枯草芽孢杆菌BS168中的异源表达未获成功，进而对Mechercharmycin进行从头生物合成研究。利用包涵体纯化前体肽ORF8和在大肠杆菌中的共表达，我们成功证实Mechercharmycin A生物合成途径中的前两步反应: 1）ORF20催化前体肽ORF8中42位的丝氨酸发生脱水反应形成脱水丝氨酸，点突变实验证实其谷氨酰化活化机制; 2）ORF9/ORF10/ORF11共同催化前体肽中43位、44位丝氨酸和45位半胱氨酸发生环化脱水-脱氢反应形成噁唑和噻唑; 3）首次证实在噻唑/噁唑和脱水氨基酸共存分子中严格的先形成脱水氨基酸再形成噻唑/噁唑的反应顺序。 在YM-216391的生物合成机制研究中，通过密码子优化和包涵体纯化方式获得前体肽YM-A，进一步体内体外实验证实: YmI是一个FeⅡ/α-酮戊二酸依赖的氧化酶，催化前体肽YM-A中19位苯丙氨酸的β位羟化反应，解决了YM-216391中特殊的5-苯基噁唑形成过程中的核心问题。YmI是包含JmjC结构域家族蛋白中第一例在次级代谢中发挥羟化修饰功能的蛋白，基于此我们提出YmI是由初级代谢中的氧化酶不断进化进而为次级代谢服务的假说。YmD/YmBC共同作用催化羟化修饰的前体肽(OH-YM-A)中23位的丝氨酸发生环化脱水-脱氢反应生成噁唑。基于该部分工作，我们对YM-216391生物合成基因簇重新进行了注释，并修正了之前推测的生物合成途径。 在对YM-216391成功异源表达和生物合成机制进一步深入认识的基础上，我们进行YM-216391组合生物合成的研究。通过建立对前体肽基因进行操作的平台，我们成功构建18个突变株。突变株发酵结果显示，M5、M6、M7、M8、M9、M15、M16、M17、M18和M19能产生YM-216391的结构类似物，证实YM-216391组合生物合成的可行性，为构建YM-216391结构类似物的化合物库奠定了一定的基础。