3-苯丙醇具有花香气味,是制备香料和药物的重要中间体。目前的生产方法主要依赖于植物提取和化学合成,存在产物得率低、生产周期长和环境不友好等缺点。为解决这些问题,构建微生物细胞工厂利用可再生资源合成3-苯丙醇具有重要的意义。本研究通过将目标化合物与微生物自身代谢网络建立联系,基于底物或中间体与产物的结构类似性以及化合物间的基团转移关系,设计并构建了 3-苯丙醇全新的人工生物合成途径,首次在大肠杆菌中实现了 3-苯丙醇的生物合成。根据催化底物的相似性,本研究设计了两条以肉桂酸为关键中间体分别依赖于辅酶A还原酶和羧酸还原酶的3-苯丙醇外源合成途径。通过添加实验考察途径的可行性,结果表明基于羧酸还原酶的合成途径能够实现3-苯丙醇的从头生物合成,产量为91 mg/L。为了提高3-苯丙醇产量,本研究构建了肉桂酸高产菌株以增加前体肉桂酸的供应。首先,在大肠杆菌中过表达苯丙氨酸解氨酶,肉桂酸从头合成的初始产量仅为113 mg/L。其次,通过过表达莽草酸途径的关键基因以增加莽草酸途径碳通量,肉桂酸产量提高到了 393 mg/L。随后,通过对控制关键基因表达的启动子进行优化,肉桂酸产量进一步提高到499 mg/L。最后,通过敲除竞争性途径将碳源最大限度地引入目标生产途径,肉桂酸产量提高到了 835 mg/L,是初始菌株的7.39倍。将3-苯丙醇的外源合成途径引入肉桂酸的最佳生产菌株中,3-苯丙醇的摇瓶产量达到了 476 mg/L,是原始菌株的5.23倍。本研究理性设计并构建了 3-苯丙醇全新的人工生物合成途径,并通过消除限速步骤,增加莽草酸途径碳通量以及敲除竞争途径,实现了 3-苯丙醇的高效生物合成,产量为476 mg/L,是目前报道的最高水平。