工业上生产β-内酰胺类抗生素的重要前体头孢菌素C依靠其巨大的经济价值在抗生素市场上起着相当重要的作用,其主要生产菌丝状真菌顶头孢霉的研究也因此备受重视。顶头孢霉在经历了传统育种技术的多轮诱变和筛选过程后,其CPC生产能力得到显著提升,但其高产背后发生的遗传变异及代谢差异的分子机制尚未完全披露,这也在很大程度上限制了从分子育种角度进一步提升CPC产量的可能。目前,我们认识和理解顶头孢霉的代谢网络、调控机制得益于头孢菌素C生物合成途径的阐明和组学技术的应用,野生型菌株ATCC11550基因组测序的完成也使得顶头孢霉比较基因组学的研究得以开展。我们设想通过研究顶头孢霉高产菌株和野生型菌株之间的基因组差异,并结合之前本实验室此前获得的转录组学和蛋白质组学数据,对在菌种选育过程中发生的代谢调控突变进行全面深入的研究,探寻代谢调控突变影响CPC合成的机制。本文着眼于顶头孢霉高低产菌CPC合成相关初级代谢途径的基因序列分析,通过考察这些基因是否在高产菌株中发生突变从而影响到酶的活性,并结合之前转录水平的分析结果初步探究可能对头孢菌素C代谢产生影响的因素。首先,以顶头孢霉高产菌株LD-7基因组为模板,对包括中心碳代谢和CPC前体氨基酸合成的初级代谢途径涉及到的38个关键酶基因进行了扩增和测序,与野生型ATCC11550菌株进行比对分析后,发现只有3个酶发生了氨基酸突变:三羧酸循环的苹果酸脱氢酶MDH1121、γ-氨基丁酸途径的琥珀酸半醛脱氢酶SSADH10578和丝氨酸合成途径的磷酸丝氨酸转氨酶PSAT1046。本研究进一步,根据之前转录水平的研究,选取了鉴定有显著差异表达的蛋白琥珀酸半醛脱氢酶SSADH进行突变前后酶活性的研究,发现高低产菌的SSADH蛋白活性并无显著差异。最后,通过ssadh基因的过表达实验,证明了ssadh基因对CPC产量的上调作用,这与之前琥珀酸半醛脱氢酶SSADH在发酵后期的转录水平发生了显著上调,以提供更多NADPH参与CPC合成的研究结果相吻合。综合本研究,顶头孢霉高产菌株CPC合成相关的初级代谢途径中只有极少数酶发生了突变,并且转录水平发生上调的蛋白并没有因为这种突变而发生酶活性的变化。由此,我们推测在传统菌种选育过程中代谢调控的改变可能是其CPC产量提高的主要原因。这为后续通过顶头孢霉高产菌株和野生型菌株的比较基因组学来深入研究CPC生物合成相关代谢调控机制提供了参考,也为构建更优秀的高产菌株提供了理论基础。