由于其结构和功能的多样性,5-羟基亮氨酸作为手性前体、中间体和终产物参与了一些天然产物的生物合成,应用于合成各种化学材料和药物。目前,5-羟基亮氨酸主要的制备方法有化学合成、酶法生物合成,均存在局限。本研究针对这些问题,通过在谷氨酸棒状杆菌中引入5-羟基亮氨酸生物合成途径构建出一株遗传背景清晰、利于持续改良的工程菌株,并通过系统代谢改造提高了其产率。主要的研究结果如下:（1）为了在谷氨酸棒杆菌异源引入L-亮氨酸羟化酶,利用p XMJ19质粒在野生型谷氨酸棒状杆菌中表达来自Nostoc piscinale和N.punctiforme NIES-2108的L-亮氨酸羟化酶编码基因（ldo1、ldo2）。结果表明,来自N.punctiforme NIES-2108的L-亮氨酸羟化酶编码基因经密码子优化后,在谷氨酸棒状杆菌中实现了功能性表达,其5-羟基亮氨酸产量达到0.52 g/L。（2）为提高L-亮氨酸的供应,整合表达受高强度启动子Ptuf调控的乙酰羟乳酸合酶编码基因ilv BN以强化支链氨基酸合成途径,菌株H-3中L-缬氨酸的积累量达到5.57 g/L;过表达抗反馈变体leu AM以强化L-亮氨酸合成途径,菌株H-4、H-5中L-亮氨酸的积累量分别达到4.69 g/L、5.17 g/L;敲除转录调节因子Ltb R的编码区域以解除反馈阻遏作用,菌株H-6中L-缬氨酸的积累量下降了3.6%,L-亮氨酸浓度增加了10.6%。（3）为了在谷氨酸棒状杆菌中构建5-羟基亮氨酸异源途径,将来自N.punctiforme NIES-2108的L-亮氨酸羟化酶优化后在L-亮氨酸生产菌H-6中诱导型表达、组成型表达,菌株H-7、H-8、H-9三株重组菌均能够合成并积累5-羟基亮氨酸,5-羟基亮氨酸的积累量与菌株H-2相比,分别提高了74.2%、79.7%、81.2%。（4）为提高α-酮戊二酸的供应,过表达异柠檬酸脱氢酶编码基因icd、柠檬酸合酶编码基因glt A以增强TCA循环代谢流,菌株H-11中5-羟基亮氨酸的积累量达到3.94 g/L;为进一步提高α-酮戊二酸的供应,敲除异柠檬酸裂解酶编码基因ace A以阻断乙醛酸循环,菌株H-12中5-羟基亮氨酸的积累量达到4.11 g/L;替换α-酮戊二酸脱氢酶编码基因odh A启动子以弱化α-酮戊二酸代谢流,菌株H-13中5-羟基亮氨酸的积累量较菌株H-12提高25.8%。