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蓝细菌能够直接捕集CO2和太阳能进行生物转化,利用蓝细菌进行生物能源的合成能够减少CO2的排放并缓解全球变暖问题,因此基于蓝细菌的生物能源合成平台,成为了人们关注的焦点。蓝细菌工程菌Synec/hococcus elongatus是目前主要使用的模式微生物。但是,在S.elongatus 中,其基因调控系统尤其是可靠的诱导性启动子模块较匮乏。同时,作为专性光合自养型微生物,S.elongatus的生物质积累严格依赖于光照,其工作效率较低,不能够在夜间工作。探索S.elongatus在自然光照条件包括昼夜循环来最大化产出能够充分利用资源来提高其竞争力。为了使S.elongatus成为一个理想的生物能源合成平台,来自于Escherichia coli的诱导性启动子PTrc启动子已经在S.elongatus中使用,但是诱导剂异丙基-β-D-硫代半乳糖苷昂贵并具有一定毒性。同时,为了提高S.elongatus的工作效率,有研究通过添加有机碳源实现S.elongatus的光合混养。阿拉伯糖是理想的外源有机碳源,其易于获得并且能具有经济和环境效益。因此,本研究主要在S.elongatus中构建了依赖于阿拉伯糖的AraBAD工具,包含以阿拉伯糖为诱导剂的PBAD启动子和阿拉伯糖代谢模块,并实现了基因表达的可靠调控以及光合混养。主要内容如下:(1)研究首次在S.elongafus中引入了来自于E.coli的PBAD启动子,通过对比PBAD和PTrc启动子,证明了 PBaD启动子的相对优势。PBAD启动子在S.elongatus中能够实现基因的无泄漏表达,且能够线性调控下游基因,并实现基因的均一性表达。而PTrrc启动子的泄露较明显,线性调控和基因表达的均一性较差。除此之外,高浓度的阿拉伯糖对细胞形态无显著影响,而高浓度的IPTG会使细胞拉长。因此,PBAD启动子可作为S.elongatus理想的诱导表达模块。(2)阿拉伯糖会抑制S.elongatus的生长并造成代谢压力。为了克服代谢压力并实现光合混养,研究首次以阿拉伯糖作为有机碳源实现了S.elongatus的昼夜生长。为了优化选择阿拉伯糖代谢的关键外源基因,首先探索了 S.elongatus的阿拉伯糖转运能力,发现S.elongatus自身具有较强的阿拉伯糖转运能力。因此,研究通过引入来自于E.coli阿拉伯糖代谢基因araBAD实现了阿拉伯糖代谢进入戊糖磷酸途径实现光合混养。(3)研究在S.elongatus中构建了 AraBAD工具,包含PBAD诱导表达模块和阿拉伯糖代谢模块。通过动力学研究,表明AraBAD工具能够同时实现S.elongatus基因表达的调控和光合混养。无论在持续光照还是昼夜条件下,PBAD启动子均能够可靠调控基因表达。因此,通过唯一的添加物阿拉伯糖,AraBAD工具能够为自养型生物能源合成平台提供代谢和调控双赢的策略。