二硫吡咯酮类化合物具有独特的二硫吡咯酮环结构。还原型的二硫吡咯酮类化合物能够螯合细胞内Zn2+依赖酶的金属离子，从而影响细胞内泛素化进程以及RNA的转录，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌以及肿瘤细胞都表现出较强的抑制活性。目前，关于二硫吡咯酮类化合物生物合成的研究报道还比较少，仅有holomycin的生物合成途径被部分解析。与holomycin类二硫吡咯酮化合物不同，thiolutin类化合物在二硫吡咯酮环的N4位上多了一个甲基，导致其抑制真菌和肿瘤细胞的活性更强。因此，研究thiolutin类二硫吡咯酮化合物的生物合成基因簇，解析此类化合物的生物合成机制具有重要的研究意义。　　前期研究从产thiolutin和aureothricin的链霉菌Streptomyces thioluteus DMS40027中发现一个二硫吡咯酮类化合物的生物合成基因簇aut，可在白色链霉菌中异源表达产生N4位上缺少甲基化修饰的二硫吡咯酮类化合物holomycin和N-propionylholothine。为了探究aut基因簇中各基因的功能，本研究对可能的结构基因、氧化还原酶基因、转录调节基因分别进行了基因敲除实验。发现硫酯酶基因autC、非核糖体多肽合成酶基因autE、脱羧酶基因autF以及硫氧还原蛋白氧化还原酶基因autI敲除后，异源表达产物holomycin和N-propionylholothine无法合成，证明这4个基因为aut基因簇生物合成必须的结构基因。　　在前期已鉴定的两个二硫吡咯酮类化合物的生物合成基因簇thi和hlm中也发现了这4种结构基因的存在，但三个基因簇的异源表达产物所包含的侧链基团却不尽相同。为了探究位于不同基因簇的同源基因在功能上是否存在差异，我们在进行基因回补实验的同时，也尝试使用来自其它基因簇的同源基因互补缺失基因的功能。发现硫酯酶基因hlmC和thiC可以代替autC发挥功能，将NRPS催化生成的中间产物从T domain上水解下来。脱羧酶基因hlmF和砌F可以代替autF发挥作用，将两个半胱氨酸缩合物的羧基水解下来。这些同源基因的功能相同。　　酰基转移酶能够将不同种类的酰基转移到二硫吡咯酮环的N7位，从而产生多种二硫吡咯酮类化合物。酰基转移酶基因autA敲除后，异源表达产物holomycin产量降低，而N-propionylholothine消失。除了autA基因能够回补自身的缺失，从而恢复两种异源表达产物的合成以外，同源基因thiA1和thiA2无法互补autA的功能，而hlmA的互补只是恢复了holomycin的产量，而无法产生N-propionylholothine。这些结果表明4个酰基转移酶的底物特异性存在着差异。生物信息学分析发现AutA比HlmA多出了一个PLP依赖的裂解酶结构域，暗示着AutA可能具有额外的功能。　　NRPS是二硫吡咯酮类化合物生物合成中最为关键的核心酶，催化两个半胱氨酸底物缩合形成二硫吡咯酮环的骨架。NRPS基因thiE可以替代autE，恢复autE基因缺失突变菌株中二硫吡咯酮类化合物的合成，而来自hlm基因簇的同源基因hlmE则不能。暗示着HlmE与ThiE和AutE在功能上存在差异。thi和aut基因簇是从产生thiolutin类型的菌株中鉴定得到的，而hlm则是来自于产生holomycin的菌株。NRPS基因功能的差异暗示着thiolutin类和holomycin类二硫吡咯酮环的合成途径可能并不完全相同。　　此外还发现敲除氧化还原酶基因orf8和orf9，不仅没有妨碍holomycin和N-propionylholothine的合成，反而促使其产量明显提高。而编码转录调节因子的基因orf1、orf3、orf4和orf5的敲除没有影响holomycin和N-propionylholothine的产生，说明它们未参与到异源表达产物的合成途径中。