1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
微生物次级代谢所产生的活性天然产物是小分子药物的主要来源，很多目前临床使用的药物均是微生物天然产物及其衍生物，而土壤微生物在整个地球生物化学循环及可持续发展中发挥着至关重要的作用。聚酮类化合物是天然产物中的重要组成部分，主要由聚酮合酶合成。至少有三分之一以上的天然产物及其衍生物，都是聚酮类化合物。
目前，在国内外利用宏基因组方法筛选天然产物或生物活性物质的方法主要分为两类，一类是通过功能筛选，即表型筛选来得到相应的产物；另一类是通过序列的筛选方法来寻找目标产物，基于序列的筛选主要通过对开放阅读框序列的检测，与已知功能序列的对比，获得相关信息，包括各种测序手段的筛选，根据保守序列的筛选方法，是在近些年生物信息学高速发展后的方法。
本课题为进一步研究Ⅱ型酮聚合酶基因及其可能产生的新型聚酮化合物奠定基础，也为开发微生物资源，药物发掘及其功能基因研究探索了新的途径。
参考文献：
2. 研究的基本内容和问题
聚酮类化合物是天然存在的重要物质来源，天然药物及衍生物中，大于三分之一的药物是聚酮类化合物。很多抗生素，例如四环素，红霉素和免疫抑制剂西罗莫司，都是聚酮合酶产生的。
Ⅱ型聚酮合酶称为芳香族聚酮合酶，也称为叠代聚酮合酶，通常由4-6个单功能或双功能的酶重复组合而成，除了ks,kr和acp以成簇基因存在外，还有芳香化酶（aro）和环化酶（cyc）等修饰基因，仅由一套酶系统来催化不同步骤的各种反应，每一种酶在重复的反应步骤中都被多次用来催化相同的反应。本实验研究的内容即为通过宏基因组筛选来发现能够产生新型叠代聚酮合酶化合物的菌。
宏基因组除了基本实验思路外，还需要生物信息学的支持。在宏基因组的测序过程中，基因dna序列的复杂性及多样性，造成了整个基因簇的序列分析变得困难。这是该实验需要解决的一个关键问题。
3. 研究的方法与方案
宏基因组学的主要是从环境样品中提取环境总dna，对得到的dna进行纯化，浓缩，得到高质量的dna。然后对dna进行修复等，将dna片段连接到合适的载体上，转化到相应的宿主菌中，构建一个重组dna文库，再从文库中筛选得到所期望的目的基因。通过对大肠杆菌，链霉菌等改造，用做生物学异源表达宿主，产生天然化合物。
近些年来，通过宏基因组的方法，发现了多种具有生物活性的分子和蛋白质。土壤宏基因组学技术已在微生物多样性，传感微生物细胞之间的相互作用，新基因及新的生物活性物质的发现以及土壤生态等几个方面得到了广泛应用，特别是对一些极端环境中的微生物宏基因组的研究有望得到一些有特殊应用价值的功能酶基因，如氧化还原酶、 水解酶等，以及分离新的治疗性分子和维生素合成酶基因。通过宏基因组与其他技术相结合的多种生物学方法，加快并革新了从多种环境微生物中获取天然产物的研究进展。
所以，宏基因组在开发微生物资源多样性，筛选获得新型活性天然产物，发掘和研究抗生素，与生物合成及污染物降解相关的的蛋白质等方面有很大的潜力。本课题通过土壤宏基因组学，利用同源系列筛选，进行生物信息学分析，从而得到新型聚酮合酶基因的方法充分可行。
4. 研究创新点
环境土壤蕴含着众多具有应用开发价值的微生物及其代谢产物，也是新基因资源的重要来源，来源于土壤微生物的代谢产物，很多都是临床非常重要的药物，包括临床上应用的大多数抗生素及细胞毒素等成分，由于获得这些微生物的信息及其不容易，在过去微生物生态学家不能够去研究它们。而获取新型药物的一种方法就是通过不依赖纯培养技术，直接提取土壤环境中所有微生物DNA的方法，即土壤的宏基因组的方法。
利用宏基因组，可以在不培养微生物的条件下，通过研究天然产物合成基因簇，从而揭示天然产物合成的本质，获取天然产物。而聚酮合酶参与的微生物次级代谢产物的模型的研究，则为利用土壤宏基因组发现新型药物提供了更好的支持。
5. 研究计划与进展
该实验计划通过土壤宏基因组学的方法，利用构建好的云南土壤宏基因组文库，对环境土壤微生物基因进行同源系列筛选，进而对其Ⅱ型聚酮合酶生物合成基因序列进行克隆及生物信息学分析，以获取与Ⅱ型聚酮生物合成相关的基因信息，希望能够发现新结构Ⅱ型聚酮类抗生素。
