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黄芩素(Baicalein，BAI)是一种黄酮类化合物，是唇形科多年生草本植物黄芩（Scutellaria baicalensis Georgi）干燥根中的主要活性成分，也是中药黄芩发挥药理作用的基础之一。近年来，大量体内外实验证明，黄芩素具有抗氧化、抗炎症、促凋亡以及改善学习记忆能力等广泛的生物学活性及药理学活性，其作用谱广、作用位点多、作用机制复杂多样，有望成为安全、价廉且广谱的有效抗肿瘤药物及治疗帕金森的潜在理想药物。黄芩素在黄芩药材中的含量仅为0.1％-0.5％，且黄芩的成分复杂，如何高效低成本地获得高纯度黄芩素并作进一步的药学研究和开发是目前需解决的问题。利用合成生物学技术，通过微生物异源合成实现黄芩素的高效定向合成和规模化制备，是解决上述困难的有效途径。本文首次实现了黄芩素在大肠杆菌底盘中的异源合成，并针对黄芩素合成中的两个关键中间产物:生松素和白杨素的合成进行了优化。 为了构建黄芩素的异源合成体系，本文利用不同植物来源的黄酮类合成基因4CL、CHS、CHI以及三叶草根瘤菌（Rhizobium trifolii）的matB和matC在大肠杆菌中组装了黄芩素合成的关键中间体生松素的合成途径，底物添加条件优化后产量达到22 mg/L。以此为基础，我们用已知的两种黄酮合成酶:欧芹来源的双加氧酶PcFNSⅠ和黄芩来源的P450单加氧酶SbFNSⅡ-2尝试合成白杨素。结果表明，PcFNSⅠ在大肠杆菌的体内体外反应都能催化白杨素合成，但是SbFNSⅡ-2在大肠杆菌中未能催化白杨素合成。对SbFNSⅡ-2的序列进行分析表明，SbFNSⅡ-2的N端含有22个氨基酸的跨膜疏水区，去除其N端的完整跨膜区后，可以实现白杨素在大肠杆菌中的合成，但是白杨素的产量不到同等条件下PcFNSⅠ的20％。丙二酰辅酶A是合成黄酮类化合物的关键前体，针对其供应不足的问题，本文对两个关键基因:丙二酰辅酶A合成基因acs和脂肪酸合成基因fabF进行了过表达，白杨素的异源合成的产量从18 mg/L提高到50.9 mg/L。在黄芩素的合成中，去除单加氧酶SbF6H的N端24个氨基酸的跨膜序列实现了黄芩素在大肠杆菌中的生物合成，以PcFNSⅠ和SbF6H作为黄芩素合成通路的工程菌在摇瓶中补料发酵48小时可达6 mg/L。 本文对细胞色素P450的N端改造实现了黄芩素的合成，对丙二酰辅酶A供应的代谢工程策略，使白杨素合成达到目前最高产量。本研究的策略和发现可以为其他黄酮类化合物异源合成提供借鉴。