D-1,2,4-丁三醇(D-1,2,4-butanetriol,BT)是一种四碳的手性多羟基醇,同时也是一种极具价值的有机合成中间体,应用十分广泛,特别是在军工和医药领域。目前BT的工业化生产以化学合成法为主,该方法存在反应条件苛刻、产率低、副产物多,易引发环境污染的等弊端。近年来,随着合成生物学的发展,利用安全高效的生物合成法生产化学品成为了研究的热点。利用重组大肠杆菌转化D-木糖生产D-1,2,4-丁三醇已有报道,但转化效率普通较低。本研究以前期工作为基础,以提高木糖转化率和丁三醇产量为目标,进行了如下研究:底物共利用策略之一:研究了弱化葡萄糖效应实现底物共利用对1,2,4-丁三醇合成的影响。葡萄糖作为碳源和能源对于丁三醇的合成至关重要,通过敲除pgi、mlc、mtfA,弱化了葡萄糖的利用能力,实现了葡萄糖的利用与木糖转化的偶联,其中Δmtf A缺陷菌表现出了葡萄糖消耗低,但丁三醇合成能力强的优势,产量达到5.12g/L,且单位菌体的丁三醇产量也高于前期构建的高产菌MG403K-1。底物共利用策略之二:探究了葡萄糖转运方式对1,2,4-丁三醇合成的影响。通过过表达半乳糖转运蛋白(GalP)和葡萄糖激酶(Glk)组成的葡萄糖转运系统,实现了不依赖于PTS系统的葡萄糖转运。虽然能够达到葡萄糖和木糖的共利用,但是丁三醇的产量有所下降,这暗示丁三醇的合成过程中葡萄糖的供给需要更为精准的调控。此外,对强化底物木糖的转运进行了研究,木糖转运的加强使得木糖酸积累,这表明木糖酸向丁三醇的转化过程仍需进一步优化。本文还研究了对恒溶氧的补料方式对1,2,4-丁三醇的合成的影响。以前期构建的高产菌MG403K-1为菌种,以溶氧值在线反馈控制葡萄糖的补加,最终1,2,4-丁三醇的产量达到8.79g/L,较补料分批发酵提高了近15%,这说明葡萄糖的补加策略是影响的丁三醇最终产量的一个重要因素。