蒎烯是一种重要的化工原料,在工业及医疗领域具有广泛的应用前景,由蒎烯经化学催化发生二聚反应生成的蒎烯二聚体能量密度与JP-10相当,具有成为先进燃料的潜力,随着石油资源的日益枯竭,开展微生物生产蒎烯的研究意义深远。本文通过代谢工程及合成生物学的方法,对光合细菌Rhodobacter sphaeroides 2.4.1进行代谢改造用于生产蒎烯。鉴于目前微生物合成蒎烯的研究中,香叶基焦磷酸合酶(GPPS)与不同来源的蒎烯合酶(PS)被构建成融合蛋白可以提高蒎烯产量。本文通过密码子优化并合成了两种PS来源不同的融合蛋白基因gppsps和psgpps,将这二者应用于光合细菌内蒎烯的生产,通过比较最终的蒎烯产量,选择采用gppsps基因用于生产蒎烯,并进一步优化了蒎烯的生产温度、表达时间、IPTG最适浓度以及IPTG加入时机等条件,成功的在Rhodobacter sphaeroides 2.4.1中构建了合成蒎烯的诱导表达系统。为了提高蒎烯产量,本文首先在Rhodobacter sphaeroides 2.4.1引入了外源甲羟戊酸途径(MVA途径)用于蒎烯的生产,并分析了MVA途径没有实现蒎烯产量提升的原因。接下来对内源脱氧木酮糖-5-磷酸途径(DXP途径)进行了改造,分别考察了DXP途径的八个酶过表达对蒎烯产量的影响,发现过表达异戊二烯基焦磷酸异构酶(IDI)和脱氧木酮糖-5-磷酸合酶(DXS)可明显提高蒎烯产量,由此在IDI和DXS过表达的基础上研究DXP途径其他基因的影响,结果发现同时过表达IDI、DXS、脱氧木酮糖-5-磷酸还原异构酶(DXR)以及4-二磷酸胞嘧啶-2-甲基赤藓糖醇合酶(IspD)可获得最高的蒎烯产量。最后,本文通过改变gppsps基因的核糖体结合位点(RBS)序列来实现对下游合成途径流量的调节,使之与上游DXP途径实现代谢流平衡,最终α-蒎烯产量为65.8μg/L,β蒎烯产量为138.32μg/L,分别提高了100%和110%。本文在光合细菌中实现了蒎烯的异源表达,并通过增强DXP途径提高了蒎烯产量,同时也为其他萜类化合物在光合细菌中的生产提供了一个通用平台。