微生物代谢组学主要以微生物体内所有低分子量的代谢物组为研究对象，通过对其进行定性和定量研究，揭示微生物细胞合成的代谢物分子群体变化与生物体表型之间的联系。基于高分辨质谱的微生物代谢组学应用广泛，不仅可以利用靶向代谢组学的策略解析微生物胞内相关代谢物复杂的代谢网络调控机理，而且可以通过非靶向代谢组学的策略寻找微生物体内新的天然产物或代谢途径等。本课题主要利用靶向和非靶向代谢组学的策略对3-脱氢莽草酸细胞工厂进行研究。由于两种代谢组学策略在实行过程中都有其各自弊端，所以本课题首先对研究中需要的质谱分析技术进行了开发和优化。　　在靶向代谢组学分析中，课题对3-脱氢莽草酸细胞工厂的碳中心代谢途径和3-脱氢莽草酸合成途径相关中间代谢物、氨基酸和细胞能量辅因子进行质谱分析。由于相关代谢途径中存在很多同分异构体代谢物，且经代谢工程改造的大肠杆菌细胞中存在很多痕量代谢物，此外发酵液中菌株本身基质效应比较复杂，所以课题发展了MS1/MS2-PRM定量方法，结合代谢物的一级质谱和串级质谱数据对不同代谢物进行定量分析。该方法较传统的只基于一级或二级质谱数据定量的方法有较高的灵敏度、宽的定量动态范围和好的重复性，满足对一些同分异构体代谢物的分离和定量，而且该方法可以用于微生物细胞的稳定同位素标记的动态代谢流分析中，有助于高产3-脱氢莽草酸的细胞工厂研究。　　在非靶向代谢组学分析中，当高分辨率质谱采集到含信息量极为丰富的质谱原始数据后，为了保证经非靶向数据处理后获取的定量数据准确可靠，课题首先对现有的几种常用非靶向代谢组学数据处理软件进行定性定量性能的评价，并找出峰识别能力和定量能力最佳的软件，且在此基础上制定了一套更加合理的非靶向代谢组学质谱数据处理策略，保证了显著差异性代谢物筛选的高准确度同时降低了被假阳性差异代谢物干扰的概率。运用上述开发和优化的分析技术，课题对3-脱氢莽草酸细胞工厂进行了代谢组学和动态代谢流的研究，揭示了现有几种高产3-脱氢莽草酸细胞工厂各自的代谢特点及改造瓶颈，并制定了下一步工程菌株的改造计划。