深海极端生境具有高压、低氧、寡营养及局部环境中高浓度甲烷、硫化氢等特殊环境特征这些条件孕育了具有特殊代谢调控机制的微生物类群，成为开发结构新颖、活性特异的次级代谢产物的重要资源库。冷泉沉积物是深海典型极端环境之一，相关微生物研究起步较晚。其中，真菌受限于培养条件苛刻、生长周期长等问题，其次级代谢产物的研究进展显著滞后于细菌，与此同时，海山生态系统作为另一类独特的深海生境，具有高生物多样性和高生物量等特点，其内生真菌的代谢潜力尚未被充分挖掘。

当前深海真菌研究受限于纯培养模式的固有缺陷，大量生物合成基因簇处于沉默状态，导致新型代谢产物的发现数量有限、效率偏低，其代谢潜力未能充分释放。而共培养策略通过模拟自然环境中的种间互作，以竞争或胁迫等方式成为激活沉默基因簇、丰富代谢产物多样性的有效手段。

本论文以分离自南海冷泉沉积物的Talaromyces trachyspermus CS-106和麦哲伦海山角海葵组织的Talaromyces scorteus AS-242为研究对象，通过纯培养与共培养两种策略，系统挖掘其次级代谢产物的化学多样性，解析其结构特征，评价抗菌活性。旨在揭示深海Talaromyces真菌的代谢潜力，并验证共培养技术激活沉默基因簇的有效性，从而筛选获得具有应用潜力的活性先导化合物。

针对深海冷泉来源的篮状菌T. trachyspermus CS-106，我们首先采用大米固体培养基进行纯培养发酵，从中分离鉴定20个化合物，发现8个新化合物，包括罕见的氯酚糖苷类化合物（TTA1−TTA6）和苯酚半胱氨酸衍生物（TTA7和TTA8）。进一步基于生态位导向的共培养策略，我们发现另一株冷泉沉积物来源的曲霉Aspergillus spelaeus CS-789与CS-106在平板对峙实验中表现出显著的非接触抑制现象，提示二者可能存在潜在的代谢互作关系。在此基础上，我们优化了T. trachyspermus CS-106与A. spelaeus CS-789的共培养发酵条件，结合TLC与HPLC-MS/MS分析，确定大米固体培养基为最优发酵培养基，并完成规模发酵，从中分离鉴定了51个化合物，包括16个新化合物，结构分析发现，新化合物主要为C-7位氧化修饰的aspochalasins类细胞松弛素，其氧化程度远高于纯培养产物，这一特征在该类化合物的纯培养代谢产物中极为罕见，提示微生物互作通过调控氧化还原反应驱动结构多样性。

针对Talaromyces scorteus AS-242，前期纯培养研究已发现一系列具有显著抗菌活性的二萜酸类化合物。为进一步激活其沉默代谢通路，本论文采用致病菌诱导型共培养策略，筛选10株植物病原真菌进行平板对峙实验与小规模发酵，发现其与Colletotrichum gloeosporioides QA-29存在明显非接触抑制现象，且代谢产物谱差异最为显著，进而选定AS-242与QA-29进行共培养规模发酵。从中分离鉴定21个化合物，包括1个含硝基取代吲哚生物碱类新化合物CTC1，以及二肽衍生物、木质素类、二萜类、环肽类等已知化合物。HPLC及LC-MS分析表明，木质素类化合物CTC4−CTC6为共培养特异性产生的代谢产物，同时，新化合物CTC1在共培养条件下的产量较纯培养显著提升，提示共培养可能通过激活非核糖体肽合成酶（NRPS）等基因簇，增加了次级代谢产物的多样性。

为挖掘具有应用潜力的活性先导化合物，对分离获得的单体化合物进行了抗菌活性筛选。在抗植物致病真菌活性测试中，T. trachyspermus CS-106纯培养产物中的氯代对苯醌类化合物TTA9对多株植物致病真菌表现出显著抑制活性，其MIC值为0.5−2 µg/mL，优于阳性对照（两性霉素B）。进一步通过体内/体外抑菌实验、扫描电镜（SEM）观察、关键酶活性分析、分子对接等多种手段，初步揭示TTA9可能通过靶向琥珀酸脱氢酶（SDH）干扰真菌能量代谢。此外，抗菌活性筛选显示，T. trachyspermus CS-106与A. spelaeus CS-789共培养来源的大部分新化合物对CS-106表现出不同程度的抑制作用（最小抑菌浓度MIC为8−64 µg/mL），与观察到的两菌株间非接触抑制现象一致。在抗细菌活性方面，T. scorteus AS-242共培养产物中的含硝基吲哚生物碱CTC1对多种病原细菌具有广谱强效抑制活性（MIC为0.5−32 µg/mL）。针对其抗菌作用机制，采用扫描电镜、共聚焦显微镜、DNA结合实验、细胞内活性氧（ROS）水平测定、转录组分析及分子对接等多种方法系统解析，结果表明CTC1可通过破坏细胞膜完整性、诱导ROS爆发、干扰DNA复制及调控关键代谢基因等多靶点协同机制发挥抗菌作用。

本论文基于生态位导向与致病菌诱导两类共培养策略，系统挖掘了来源于南海冷泉沉积物与麦哲伦海山动物组织的两株篮状菌属真菌T. trachyspermus CS-106和T. scorteus AS-242次级代谢产物。通过联合运用纯培养与共培养体系，共分离鉴定92个单体化合物，其中包括25个结构新颖的化合物和1个新天然产物，丰富了深海真菌次级代谢产物的结构多样性。研究表明，共培养策略显著提升了代谢物的结构新颖性与产量，验证了其作为激活极端环境真菌沉默基因簇的有效手段。尤为重要的是，筛选获得的高活性化合物，抗真菌先导分子TTA9与广谱抗菌分子CTC1，分别通过靶向琥珀酸脱氢酶和损伤细胞膜/诱导ROS等多靶点机制发挥高效活性，为新型抗菌药物与生物农药的研发提供了重要的先导化合物与理论依据，对推动海洋天然产物在医药与农业领域的应用具有重要意义。

第1章 微生物共培养代谢产物研究进展... 1

1.1 引言... 1

1.2 微生物共培养代谢产物研究进展... 1

1.2.1 基于生态位导向的新天然产物发现... 2

1.2.2 基于致病菌诱导的活性产物发现... 8

1.2.3 基于共培养代谢互补与信号传导的新天然产物发现... 12

1.3 共培养筛选与培养策略... 15

1.3.1 通过微生物直接接触进行共培养... 15

1.3.2 通过微生物非直接接触进行共培养... 15

1.3.3 通过其他方式进行共培养... 16

1.3.4 共培养次级代谢产物挖掘的新技术... 17

1.4 篮状菌属（Talaromyces）真菌次级代谢产物研究进展... 18

1.5 本论文的研究目的与意义... 18

1.6 小结... 19

第2章 冷泉沉积物来源真菌Talaromyces trachyspermus CS-106纯培养及共培养次级代谢产物研究... 21

2.1 引言... 21

2.2 实验部分... 21

2.2.1 实验仪器与材料... 21

2.2.2 菌株CS-106的分离纯化与鉴定... 22

2.2.3 菌株CS-106纯培养的筛选与发酵... 23

2.2.4 菌株CS-106纯培养发酵产物的分离纯化... 24

2.2.5 菌株CS-106与CS-789共培养的筛选与发酵... 24

2.2.6 菌株CS-106与CS-789共培养次级代谢产物分析与规模发酵... 26

2.2.7 菌株CS-106与CS-789共培养发酵产物的分离与纯化... 27

2.3 菌株CS-106纯培养化合物的结构解析... 28

2.3.1 菌株CS-106纯培养新化合物结构解析... 28

2.3.2 部分新化合物晶体学数据... 38

2.3.3 新化合物物理性质与波谱数据... 39

2.3.4 菌株CS-106纯培养已知化合物结构解析... 40

2.4 菌株CS-106与CS-789共培养化合物的结构解析... 48

2.4.1 菌株CS-106与CS-789共培养新化合物的结构解析... 48

2.4.2 新化合物CAT1、CAT4、CAT13的晶体学数据... 77

2.4.3 新化合物的物理性质及波谱数据... 78

2.4.4 菌株CS-106与CS-789共培养已知化合物的结构解析... 80

2.5 菌株CS-106与CS-789共培养与纯培养次级代谢产物差异分析... 97

2.6 小结... 98

第3章 海山动物来源真菌Talaromyces scorteus AS-242与植物病原真菌Colletotrichum gloeosporioides QA-29共培养研究... 100

3.1 引言... 100

3.2 实验部分... 100

3.2.1 实验仪器与材料... 100

3.2.2 菌株AS-242与植物致病真菌的筛选与小试发酵... 101

3.2.3 菌株AS-242共培养次级代谢产物分析... 103

3.2.4 菌株AS-242与QA-29共培养规模发酵... 105

3.2.5 菌株AS-242与QA-29共培养发酵产物的分离与纯化... 105

3.3 菌株AS-242与QA-29共培养次级代谢产物的结构解析... 106

3.3.1 菌株AS-242与QA-29共培养新化合物CTC1的结构解析... 106

3.3.2 新化合物CTC1的晶体学数据... 108

3.3.3 新化合物CTC1的物理性质及波谱数据... 108

3.3.4 共培养菌株AS-242与QA-29已知化合物结构解析... 109

3.4 菌株AS-242与QA-29共培养次级代谢产物表达情况分析... 119

3.4.1 代谢产物差异分析... 119

3.5 共培养新化合物CTC1生物合成途径推测... 120

3.6 小结... 121

第4章 抗菌活性测试及机制初探... 122

4.1 引言... 122

4.2 抗植物致病真菌活性筛选与机制探究... 122

4.2.1 材料与方法... 122

4.2.2 单体化合物抗植物致病真菌活性测试... 124

4.2.3 对苯醌类化合物TTA9对植物病害真菌的体内及体外活性测试... 126

4.2.4 扫描电镜观察对苯醌类化合物TTA9对菌丝体的影响... 128

4.2.5 对苯醌类化合物TTA9对琥珀酸脱氢酶（SDH）的影响... 130

4.2.6 对苯醌类化合物TTA9与琥珀酸脱氢酶（SDH）的分子对接分析... 132

4.2.7 小结与讨论... 132

4.3 抗细菌活性筛选与机制初探... 133

4.3.1 材料与方法... 133

4.3.2 单体化合物抗菌活性测试... 134

4.3.3 含硝基吲哚类新化合物CTC1对蜡样芽胞杆菌生物膜的影响... 137

4.3.4 含硝基吲哚类新化合物CTC1与蜡样芽胞杆菌DNA相互作用实验... 139

4.3.5 含硝基吲哚类新化合物CTC1诱导蜡样芽胞杆菌氧化应激实验... 139

4.3.6 含硝基吲哚类新化合物CTC1作用蜡样芽胞杆菌的转录组分析... 140

4.3.7 含硝基吲哚类新化合物CTC1与铁硫簇合成蛋白SufS的分子对接分析... 145

4.3.8 小结与讨论... 147

4.4 小结... 147

第5章 总结与展望... 149

5.1 总结... 149

5.2 创新点... 149

5.3 展望... 150

参考文献... 151

附录 部分化合物的NMR谱图... 162

致 谢... 172

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果 174