化石资源枯竭和环境污染自上世纪以来已成为严重制约国民经济发展的重要问题。积极寻找可开发和利用的可再生资源缓解化石能源危机符合当代经济发展战略。微生物代谢工程的主要目的就是利用微生物来生产普通菌株无法生产的产品,同时提高它的产量和产率。合成生物学因利用可再生能源为原材料生产一系列高附加值的化合物而受到广泛重视。植物的木质纤维素因全球储备量高而一直被认为是很有潜力代替石油等化石能源的生物合成的一种原料。木质纤维素富含木糖,采用生物炼制的方法,在植物的半纤维素的全降解的产物中,木糖的降解产物可以占到70%-80%。但自然界中只有少数微生物可以代谢木糖,因此其目前的应用范围十分受限。乙二醇是一种具有高需求量的的大宗化学品。目前传统的乙二醇合成方法主要是煤制法。煤制乙二醇法所需的原材料是石油等不可再生资源,生产成本较高且产量和产率较低。因此利用木糖为原材料,采用生物途径来生产乙二醇的研究具有重要的应用价值。在大肠杆菌中,通过Ⅺ(Xylose isomerase,Ⅺ)途径,木糖异构为木酮糖且不需辅酶的参与。木酮糖经过木酮糖激酶的作用生成5-磷酸木酮糖,最终进入磷酸戊糖途径,被细胞所代谢。本研究在大肠杆菌天然的木糖代谢途径的基础上,引入新月柄杆菌木糖代谢途径中的木糖脱氢酶(XDH)和木糖酸内酯酶(XylC),将木糖代谢为木酮糖。由于细胞内NADH的含量要高于NADPH,因此在EG合成途径中的醛还原酶以FucO代替YqhD。最终在大肠杆菌体内设计出了一条利用木糖合成EG的生物途径:D-木糖→D-木酮糖→2-酮-3-脱氧-木酮糖→乙醇醛→乙二醇。相较大肠杆菌自身的木糖代谢途径而言,该条途径为较短,且氧化还原平衡并且不涉及磷酸化步骤,因而没有能量消耗。将构建的原始工程菌株命名为Q2766进行摇瓶发酵检测。经过48H的发酵,可以检测到1.5±0.03g/L的EG,证明了这条利用木糖来生产EG的代谢途径是可行的。但是在初步摇瓶发酵结果中也测得了两种副产物:乙醇酸和乙酸。乙酸是微生物代谢过程的主要副产物之一,处于细胞快速增长的对数期是引起乙酸积累的重要时期。本文选取arcA敲除、iclR敲除和ackA敲除三种单基因改造进行乙酸调控,研究表明arcA敲除菌株在不影响生长的前提下能显著调控乙酸的积累。在arcA敲除菌株的基础上,选取副产物乙醇酸合成中的关键酶乳醛脱氢酶AldA进行敲除,双突变菌株命名为Q2843。经过发酵罐扩大培养和发酵条件的优化,工程菌株Q2843乙二醇的产量可以高达72 g/L,产率为1.38 g/L/h。这是目前报道的乙二醇国际最高产量。本研究为今后从可再生资源中微生物发酵生产EG奠定了坚实基础。