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海绵是最原始的多细胞动物,体内含有大量独特的微生物类群,因其共附生微生物,尤其是放线菌具有产生多种活性天然产物的潜能,备受关注。本论文主要对南海北部湾地区海绵共附生微生物的菌种资源、基因资源和化合物资源开展研究,获得如下结果。首先,本论文使用多种选择性培养基从49株海绵中共分离纯化出363株菌株,分属于6个细菌门类;包括123株放线菌,分属于21个菌属,其中大部分来自Microbacterium,其次是Pseudonocardia，Streptomyces和Kocuria。寻常海绵纲(Demonspongiae)海绵Haliclona sp.、Callyspongia sp.和Desmacella sp.以及钙质海绵纲(Calcispongiae)海绵Leucaltis sp.是主要微生物宿主,拥有最为多样的放线菌菌属,也具有更强的抗菌活性和更多样化的聚酮合酶(Polyketide synthase,PKS)和非核糖体肽合成酶(Non-ribosomal peptide synthetase,NRPS)基因。放线菌次级代谢产物相关基因的沉默表达是制约天然产物开发的瓶颈。本研究通过使用添加中间代谢物的寡营养培养基,成功激活了80%(92/123)的海绵共附生放线菌菌株表现出抑菌活性。通过筛选与次级代谢产物相关的功能基因,共28%(34/123)海绵共附生放线菌具有PKS-KS或NRPS-A基因。其次,本论文对经诱导后,抗菌活性较明显的三株放线菌进行基因组测序,结果显示,Nocardiopsis sp.650-36,Micromonospora sp.FIM02-0741和Gordonia sp.DSXDY-7-7的基因组中分别含有22、13和13个与次级代谢产物相关的基因簇。表明除了研究地较为透彻的链霉菌之外,稀有放线菌也是一类被忽视的潜在药用资源库。此外,通过基因组挖掘的方法也发现了大量沉默的次级代谢基因簇,通过预测出次级代谢产物的化学核心结构,为后续识别具有新颖结构和活性的天然产物提供指导。最后,以Streptomyces sp.HNS054为出发菌株,通过叠加式ARTP诱变及其活性筛选,最终获得了3株抑菌直径增加了27%左右且遗传性能稳定的突变株及无活性突变株。对诱变之后获得的无活性(NA)、活性增大(IA)和活性最大(MA)突变菌株进行比较转录学分析,表明诱变过程可能激活了核糖体生物合成过程中相关次级代谢基因簇的表达。结合基因组学的数据进行分析,发现在编码该索环肽类物质的基因簇上各个基因的表达量具有显著上升的趋势,利用基因组挖掘的方法发现,该菌株的基因组中具有编码该多肽物质的完整基因簇。通过antiSMASH软件预测出了相应的功能基因簇的结构,并找出了编码其前导肽和核心肽的氨基酸序列,最终,预测出该分子量在2000 Da左右的核糖体肽类化合物是表现出抑菌活性的主要活性物质之一。根据基因组和比较转录组学分析为导向,尝试对该索环肽类物质进行初步的分离和纯化。运用包括葡聚糖凝胶(Sephadex LH-20)色谱柱层析法、中压ODS-C18柱层析系统、高效液相色谱(HPLC)检测代谢图谱、MALDI-TOF检测分子量大小等方法,最终检测到了目标分子量大小的信号峰。综上所述,海绵共附生放线菌蕴藏着活性化合物的潜在资源;使用不同诱导或诱变方法激活沉默次级代谢基因簇的表达是未来获得更多结构新颖次级代谢产物的重要方法;以生物活性为导向,结合基因组学和比较转录组学在预测和指导化合物的分离纯化过程中具有重要的指示作用。此外,本论文所粗提的索环肽类物质能显著拮抗革兰氏阳性菌,具有较高的热稳定性和抗蛋白酶解的能力。该论文研究结果将为后续进一步开发海绵共附生放线菌及天然产物资源奠定基础。