裂殖壶菌（Aurantiochytrium limacinum ATCC MYA 1381）是一种通过脂肪酸合酶（Fatty acid synthase,FAS）途径产生棕榈酸等饱和脂肪酸,通过聚酮合酶（Polyketide synthases,PKS）途径产生二十二碳六烯酸（Docosahexoenoic acid,DHA）等不饱和脂肪酸的海洋微生物。由于它具备生长速度快、油脂含量高和脂肪酸组成简单等优点,被认为是一种极具潜力的二十二碳六烯酸工业发酵菌株。但是相比于鱼油DHA,裂殖壶菌产DHA目前存在着生产成本过高的问题,且已严重制约了藻油DHA的市场应用。因此构建高产DHA裂殖壶菌菌株已成为当务之急。掌握调控DHA合成的机制、找到控制DHA合成的关键代谢途径以及关键酶可以为工程菌株的构建提供操作靶点。而中心代谢途径为DHA的合成提供辅因子AcCoA、NADPH和ATP。理解DHA前体的合成以及分配调控机制将为基因操作靶点的选择提供理论指导,因此本论文首先考察辅因子合成扰动化合物对裂殖壶菌产DHA的影响,接着应用基于全基因组代谢网络的代谢流分析方法、转录组学分析和酶活分析考察了裂殖壶菌对辅因子合成扰动化合物在代谢通量水平、转录水平和酶水平的响应,分析了DHA以及辅因子合成与细胞响应之间的相关性。最后通过同位素氘标实验,考察裂殖壶菌体内饱和脂肪酸合成途径（FAS）与DHA合成途径（PKS）途径所需的还原力NADPH是否分别存在特异性供给来源。主要结果与结论如下:（1）苹果酸（MAL）、鱼藤酮（ROT）、亮氨酸（LEU）可以通过调控裂殖壶菌体内NADPH、ATP、AcCoA的供给水平从而影响裂殖壶菌的生长速率、含油率以及总脂肪酸中DHA的百分比含量。其中6 g/L的MAL添加水平能使菌体含油率提高26.65%,总脂肪酸中DHA含量提高26.13%;20 mg/L的ROT添加水平能使菌体含油率提高26.51%,总脂肪酸中DHA含量提高5.22%;10 g/L的LEU添加水平会使菌体含油率降低14.36%,总脂肪酸中DHA含量提高8.15%。在这三种添加剂中,苹果酸对裂殖壶菌DHA积累的促进效果最显著。（2）转录组学水平、酶活水平、胞外代谢物水平以及代谢通量水平结果显示,苹果酸的外源添加会通过激活苹果酸酶（ME）途径而增加胞质中NADPH的供给水平。同时,氧化磷酸化途径和底物水平磷酸化途径的增强导致胞内ATP供给水平的增加。故NADPH和ATP供给水平的提高均有利于加快裂殖壶菌的油脂合成速率,提高菌体含油率。另外,转录组测序结果显示苹果酸外源添加后,裂殖壶菌体内中心碳代谢途径以及脂代谢途径是上调最为显著的两条途径。脂代谢途径中,dgat、acc、fas、pksa、pksc等脂质和脂肪酸合成基因表达水平上调,有助于促进脂质合成。而中心碳代谢途径中,裂殖壶菌通过调节细胞质中苹果酸节点和线粒体中丙酮酸节点向下游分支途径的通量比率而保持线粒体中AcCoA和草酰乙酸的供需平衡。此外,该调控机制还有助于NADPH在胞质中的高效利用。因此,这两个节点中的苹果酸酶基因和丙酮酸羧化酶基因可以作为未来提高裂殖壶菌DHA产量的关键靶基因。（3）氘标同位素示踪实验表明裂殖壶菌中FAS途径和PKS途径所需的还原力NADPH存在特异性供给来源差异。其中通过苹果酸酶途径生成的NADPH在FAS途径和PKS途径组装过程中并无明显亲和力差异,但PKS途径更倾向于利用磷酸戊糖途径产生的NADPH合成DHA等多不饱和脂肪酸。因此,苹果酸扰动后,裂殖壶菌体内苹果酸酶途径的增强将为总油脂积累提供更多的还原力NADPH,但并不会影响裂殖壶菌体内脂肪酸组成比例。综上所述,本研究通过调控裂殖壶菌体内辅因子供给水平,筛选出了多种有效提高裂殖壶菌DHA产量的外源添加剂。并结合多种分析手段成功揭示了苹果酸促进裂殖壶菌DHA合成的相关代谢调控机制。本论文的研究结果将为今后裂殖壶菌发酵条件的优化以及高产DHA菌株的定向遗传改造提供理论指导。