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大肠杆菌由于其遗传背景清楚,表达周期短,有大量的可用表达载体,能够进行大规模的发酵培养,而成为人们克隆和表达外源蛋白的首选。然而,大肠杆菌在作为异源蛋白的表达系统时,由于翻译速度太快,表达量过高,容易形成包涵体,这往往会带来非常严重的负面效应；并且,在大肠杆菌代谢工程研究中,需要将代谢途径中的中间酶的表达水平控制在一定范围内,实现整个途径多基因的联合协同表达。尽管,目前人们已经有很多成熟的调控基因表达的系统,但是能达到代谢工程要求的精确调控系统还比较少。本研究利用稀有密码子,通过降低翻译速度来降低蛋白表达量,筛选得到一套可按不同梯度下调蛋白表达量的密码子调控元件,并且应用到代谢工程研究中。研究结果如下：1以酿酒酵母无机焦磷酸酶为研究对象,在pET表达系统下,通过加入两个和四个稀有密码子,下调了蛋白表达。将同样的质粒转入Rosetta,补充了稀有密码子对应的tRNA,表达得到回复。初步验证了,稀有密码子可以下调蛋白表达的概念。2在OR、RR、RRRR结果基础上对调控元件进行DpnI点突变,筛选并验证了一系列的密码子调控元件,进行相对活性分析,蛋白表达由高到低依次为OR (100.00)、RGGR(75.50)、RS (70.61)、RGRG (56.35)、RR (42.99)、 RRSR (30.37)、RRGR (22.36)、RRRG (4.39)、RRRS (2.91)、RRRR(0),共计9个,呈逐渐下调趋势,可在较大范围内下调蛋白的表达。将OR、RR、RRRR由ATG后的+21位前移到+2,差异依然存在。3将部分密码子调控元件RR、RRRR、RRRS、RRRG,应用到pBAD表达系统,得到了与在pET系统下相近的结果,但部分元件的下调幅度有削减,其中RR的相对活性由42.99变为68.57,RRRS的相对活性由2.91变为51.74,RRRG的相对活性由4.39变为57.28。4在蛋白表达形式多为包涵体的BglA前加入筛选的密码子调控元件,总蛋白表达均有不同程度的下调,可溶性蛋白表达由高到低依次为SS(141.15)、G2G2 (139.40)、G1G1 (132.17)、OR (100.00)、RR (65.09)、RRSR (37.66)、RRGR (20.59),其中,SS和G2G2两个样品比原始蛋白的可溶性提高了1.4倍,且总蛋白没有增加。5对MEP途径改造过程中,加入密码子调控元件的IspG表达量均有不同程度的下调,不同的表达水平对应的neurosporene的产量也有所不同。RRRR-IspG的表达水平下,neurosporene可以取得最高的产量。