麦角硫因（L-ergothioneine,ERG）是从麦角菌里分离出来的一种硫醇化合物,是一种天然安全的抗氧化剂,具有抗氧化,调节免疫,抗紫外线辐射以及细胞保护等多种生理功能,在食品、医药以及化妆品等领域具有广阔的市场前景。现已发现多种微生物可以合成麦角硫因,如耻垢分枝杆菌、粗糙脉孢菌,人体不能自身合成,只能依靠ERG特异性转运体（SLC22A4）通过食物摄取。目前麦角硫因的商业生产方法主要依赖于天然提取或化学合成,但产量低成本高,限制了麦角硫因的应用,而利用微生物发酵法生产麦角硫因是一个低成本可持续的生产方式,适宜产业化。麦角硫因由组氨酸、半胱氨酸以及S-腺苷甲硫氨酸（SAM）通过一系列酶的催化合成。通过分析麦角硫因生物合成途径,发现其主要限制因子为甲硫氨酸（合成SAM的底物）和半胱氨酸的供给以及代谢中间产物S-腺苷同型半胱氨酸（SAH）的解毒机制。枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis高效合成半胱氨酸的特性使其成为麦角硫因合成的理想底盘菌。本文在B.subtilis中构建了Egt D12的ERG合成途径,为提高麦角硫因产量,利用芽孢杆菌染色体编辑技术重构了活性甲基循环（AMC）和三羧酸（TCA）循环。活性甲基循环的重构:在B.subtilis中表达SAM合成酶将甲硫氨酸高效转化为SAM。SAM和组氨酸在Egt D的催化下生成组氨酸三甲基内盐与SAH,SAH在细菌细胞内的积累会抑制甲基转移酶和多胺合酶从而抑制生长。通过表达SAH水解酶,将SAH转化为同型半胱氨酸（HCY）,随后在met E的作用下重新生成甲硫氨酸,从而形成甲基循环。HCY在yrh AB的作用下逐步转化为半胱氨酸。该循环为ERG合成途径提供了充足的甲硫氨酸与半胱氨酸。TCA循环的重构:将B.subtilis TCA循环中负责将琥珀酰辅酶A合成琥珀酸的suc CD基因置换为铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa PAO1的met XZ,met X在P.aeruginosa PAO1中编码高丝氨酸O-琥珀酰转移酶,将高丝氨酸转化为O-琥珀酰-L-高丝氨酸,met Z编码O-琥珀酰高丝氨酸硫化氢解酶将O-琥珀酰-L-高丝氨酸转化为HCY,将代谢流引向HCY,作为甲硫氨酸和半胱氨酸的储备库。通过将AMC与TCA循环偶联,增加甲硫氨酸和半胱氨酸的供应,并强化了SAH解毒机制。在此基础上,本文通过对SAM核糖开关的改造,构建了响应SAM的激活型核糖开关,开发了响应SAM的麦角硫因表达模式,由此避免了因底物SAM不足造成的无效表达。随着麦角硫因产量的不断提高,芽孢杆菌逐渐从有氧代谢转向厌氧代谢,过早形成芽孢。为此,本文敲除了芽孢杆菌芽孢化过程的关键基因sig F,用于阻断芽孢化过程。在此基础上,外源表达透明颤菌血红蛋白基因vgb,用于提高芽孢杆菌胞内溶氧量。本文对芽孢杆菌的系统性重编程显著提高了麦角硫因合成效率,最终产量达到619.42 mg/L。