简单节杆菌(Arthrobacter simplex)是甾体工业生产常用的Cl,2位脱氢反应菌株。甾体化合物生物转化需要添加有机溶剂助溶,而高剂量有机溶剂的添加会对微生物产生一定的毒害作用,限制底物投料浓度,进而影响催化效率。因此,构建高有机溶剂耐受性的反应菌株是解决这一问题的有效途径。IrrE是来源于耐辐射异常球菌(Deinococcus Radiodurans)R1的一个全局转录因子,已在微生物多种复杂表型(如耐有机溶剂、耐电离辐射、耐氧化压力和耐高盐等)方面表现出良好效果,但宿主生物多集中在在一些模式微生物(如大肠杆菌)和革兰氏阴性菌。本论文以课题组前期构建成功的IrrE简单节杆菌表达菌株为对象,分析IrrE表达对菌株生长、生理代谢、催化酶活力和C1,2脱氢反应能力的影响。结果表明,无压力条件下,IrrE表达对菌株生长、糖代谢能力和C1,2位脱氢酶活力均没有明显影响。在无压力或者低压力转化体系下,IrrE表达对简单节杆菌的C1,2脱氢反应能力均没有明显影响。而在含有更高乙醇和底物浓度的转化体系下,IrrE表达菌株比对照菌株表现出更高的PA生产能力,其中,转化体系中乙醇浓度和CA浓度分别为10%(v/v)和8.0 g/L时,对照菌株已经没有转化能力,而IrrE表达菌株的最大PA生成量达到6.95 g/L。进一步分析发现IrrE表达菌株比对照菌株表现出更好的存活能力和代谢性能,这说明菌株压力耐受性能的增强是其具有更好生产能力的主要原因。考察了IrrE表达对简单节杆菌压力耐受性能的影响,结果表明,IrrE表达不仅能够提高菌株在适当有机溶剂压力下的生长能力,而且能够提高菌体在高浓度压力(16%乙醇、20%甲醇、2 mol/l NaCl、0.1%H2O2)冲击下的存活能力。将IrrE在球形节杆菌(Arthrobacterglobiformis)中进行表达,也得到了类似效果,说明IrrE能够在不同微生物间进行水平转移,在微生物压力耐受性能改善方面表现出良好的应用潜力。通过转录组学分析、关键代谢物检测、关键基因和蛋白表达水平测定等方法进一步阐明IrrE表达提高简单节杆菌有机溶剂耐受性的分子机制。结果表明,IrrE表达能-够增强菌体清除ROS的能力,促进胞内相容性溶质的积累,提高胞内的能量水平,增强菌体DNA的损伤修复能力,调控胞内热激蛋白和其他全局转录因子(如上调与耐受性相关的rpoD的表达水平)。最后利用IrrE表达菌株的生长细胞进行底物转化实验,分析其生产能力。在高浓度乙醇的底物的转化体系下,IrrE表达菌株的转化能力明显高于对照菌株。其中在乙醇为10%CA浓度为35 g/L的转化体系下,对照菌株基本丧失转化能力,而IrrE表达菌株最大生产浓度达到21.1 g/L。论文成果为具有良好工业应用属性的高效甾体C1,2脱氢反应菌株的构建提供新策略和新方法。