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枯草芽孢杆菌发酵核黄素技术已经变得较为成熟,取代了以前复杂、低效的化学合成方法。然而,该过程目前仍然存在一定的问题,如发酵后期核黄素产率降低、酸性代谢物分泌过多以及碳转化率较低等等。在前期实验中,发现在发酵后期,发酵耗氧较高,一旦溶氧低于一定水平则核黄素产量大大降低。为了探究溶氧对枯草芽孢杆菌合成核黄素的调控机制,本论文利用基因组比对技术探索生产菌的基因背景,并整合发酵过程转录组与代谢物组信息进行机理解析。具体结果如下:1)核黄素生产菌与野生型枯草芽孢杆菌的基因组比较分析。通过基因组数据比较分析,发现了生产菌基因组中核黄素代谢途径有两个SNP,并推测其有可能促进核黄素的合成与积累。在将核黄素操纵子与生产菌基因组对比时,发现多出了至少一组核黄素操纵子,且调控区域发生多次突变,因此该操纵子极有可能解除了反馈抑制使得该操纵子的高表达成为可能。2)通过转录组与代谢物组学信息分析溶解氧对核黄素生物合成的影响。结果表明:生产菌在溶氧较低时,细胞膜上的ResE蛋白会使基质中的调控蛋白ResD磷酸化,并激活一系列基因,包括fnr与narK、narJnarI、narH、narG等。基因fnr编码全局调控蛋白FNR,它极有可能参与到中心碳代谢的基因调控中,并导致了分析结果中ykgB、mdh、sdhA、sucD等基因在低氧条件的低表达,以及alsS的高表达。其中,ykgB在低氧条件的低表达被认为是导致代谢通量改变,6-磷酸葡萄糖酸胞内浓度降低,核黄素产量下降的主要原因。而alsS基因的高表达更多是为了平衡胞内NADH/NAD+比例的失衡,以及产生ATP。此外,糖酵解下游产物特别是丙酮酸的积累解释了前期三羧酸循环通量在低氧时更高的现象。通过对不同溶氧水平下枯草芽孢杆菌发酵核黄素的基因组、转录组与代谢物组的生物信息分析,阐明了溶氧浓度改变胞内基因表达,影响代谢反应中酶的活性,改变代谢通量与代谢物浓度这一系列生化反应过程,为发酵过程优化及菌种改造提供指导。