存在于不同小的生态环境中的微生物，由于其生存环境的差异性、物种竞争性以及物种自身受环境的影响而不断进化，使得同属或者同种之间的微生物的基因表达会产生稳定的差异，而这种稳定的差异在脱离生存环境后可能在很长的时期内还会保持表达。因此，不同生境来源的微生物，在实验室条件下这种稳定的、差异性的表达，其结果可以产生结构多样性的次级代谢产物，为人类发现新型药物先导化合物奠定了资源基础。本课题组通过菌株多级串联筛选技术已构建成不同海洋环境来源菌株资源库，本文建立在该菌株资源库的基础上，选取了3株生存环境迥异的海洋来源真菌，开展了系统的次级代谢产物、生物合成以及生物活性研究。从以下具体内容开展研究：运用OSMAC策略优化培养条件；单体化合物的分离、化合物的化学结构鉴定以及立体化学研究；新结构的生物合成研究；单体化合物活性初步评价，高活性化合物的构效关系探讨，分子作用靶点的确定以及分子对接试验。首先采用OSMAC策略对目标菌株进行发酵条件的优化。实验表明壳青霉Penicillium crustosum PRB-2对培养体系敏感，在39种培养条件中确定了最优的规模发酵条件。球孢枝孢菌Cladosporium sphaerospermum2005-01-E3在大米培养基和豆粉培养基中的代谢产物差别明显。利用常规色谱、MPLC、HPLC、手性HPLC等分离技术从红树林根际环境来源杂色曲霉A. versicolor pjx-9发酵产物中分离得到27个单体化合物（1-27）；从南极深海来源真菌壳青霉P. crustosum PRB-2中分离得到36个单体化合物（28-63）；从太平洋深海来源真菌球孢枝孢菌C. sphaerospermum2005-01-E3中分离得到7个单体化合物（64-70）；共分离得到70个单体成分。运用波谱技术、X-ray单晶衍射技术、ECD技术（比较ECD和ECD计算）、化学转化沟通、mosher′s法、marfey实验、质谱以及物理性质等鉴定技术阐明了全部70个单体化合物的结构，结构类型包括二聚xanthone类结构15个（1-15），蒽醌类4个（16-19），甾醇类2个（22-23），含clavatol类的结构16个（28-43），生物碱类20个（20-21，24-25，55-70），苯衍生物以及其他类13个（26-27，44-54）。其中发现新化合物33个，包括13个由多种单体和2-2′、罕见的2-4′和4-4′等不同连接方式组合构建的、新颖且具有复杂立体化学的二聚xanthone类结构（1-12，15）；2个含有新颖的、高度氧化的3,3a,9,9a-tetrahydro-1H-furo[3,4-b]chromen-1-one碳骨架结构（28，29）；2个含有互变特性6a-hydroxy-6,6a,12,12a-tetrahydro-5H-benzo[a]xanthen-5-one新骨架化合物（42，43）；5个具有monoclavatol α-furanone新结构类型的化合物（31-34，36）；2个具有monoclavatol α-pyranone新结构类型的化合物（38，39）；1个新的环氧开环的苯二氮卓类结构（55）；一类新颖的、结构互变的且含有未见报道的6(3)-enamino-8,10-dihydroxy或6(3)-enamino-7(8)-en-10-ol侧链的tetramic acid类衍生物（64-67，69-70）以及1个生物合成相关产物（68）；此外还发现3个新天然产物（14，44-45）。首次运用X-ray单晶衍射技术、ECD电子圆二色谱等多种技术解决了二聚xanthone类结构（1-15）中存在的具有挑战性的绝对构型问题；运用X-ray单晶衍射技术、ECD电子圆二色谱法以及物理性质确定了新骨架penilactones A和B（28，29）具有正相反绝对构型以及monoclavatol α-furanone类（30-36）的绝对构型；正在采用HPLC-ECD实验以及ECD计算等技术确定立体结构互变的、新颖骨架42的绝对构型；利用丙叉化实验，Mosher’s法以及耦合常数确定了新颖的tetramic acid类产物64-67，69-70的相对构型和绝对构型，并阐明了互变作用机制；采用Marfey实验确定了68中氨基酸的构型。生物合成研究方面，采用13C同位素饲喂实验证实了新骨架penilactone A（28）和生物合成相关产物35是由混源的PKS和TCA循环途径产生，代表了一类自然界中非常少见的以这两种混源途径产生的化合物；38则证实是由PKS途径产生。通过考察产物产生时间顺序、发酵液pH变化、化合物稳定等实验表明化合物13在发酵初期可能转化成了酸稳定的Secalonic acid D（SAD，14），而SAD在整个发酵过程中很可能稳定的存在。生物活性方面，采用MTT法和SRB法对单体化合物进行活性初步评价，化合物2，5，6，8，9，12-14对7株肿瘤细胞株显示出显著的、广谱的增殖抑制活性，IC50在0.4-10μM之间，并初步探讨了这类结构的构效关系。其中阻转异构体8和9对肿瘤细胞株表现出选择增殖抑制活性，化合物8对胃癌细胞株MGC803的增殖抑制活性最好（IC50为4.6μM），对正常人胚肾细胞HEK293的IC50大于50μM。DNA Topo I松弛活性实验证实拓扑异构酶I（Topo I）是高活性化合物2，8，9的活性作用靶点之一，且阻转异构体8的Topo I抑制活性强于9。化合物8的抗肿瘤活性作用机制在进行中。此外，化合物42和43表现出对胃癌细胞株MGC803以及HL-60中等细胞毒活性。化合物66显示出了中等的抗AH1N1病毒的活性。本文阐明了3株海洋来源真菌中70个次级代谢产物的化学结构，其中新化合物33个和新天然产物3个；发现一类结构多样、抗肿瘤活性显著、结构新颖的二聚xanthone类化合物，2类新骨架结构（新骨架28被NPR评为“热点化合物”）和一类新颖的tetramic acid类衍生物，并采用多种技术手段确定了这些结构新颖化合物的绝对构型。根据二聚xanthone结构的产生的时间和模拟pH实验初步讨论了这类结构的生物合成过程；13C同位素实验证实了新骨架化合物28以及生物合成前体物的生物合成途径。生物活性评价证实了二聚xanthone类结构是一类新的具有显著增殖抑制活性的化合物，拓扑异构酶I（Topo I）是这类结构的分子作用靶点之一，为设计新的Topo I抑制剂提供了结构模板。同时为研究不同生境下的真菌次级代谢产物提供了结构支撑。