甲基营养菌（Methylotrophs）能利用一碳（C1）化合物如甲烷、甲醇和甲胺等为唯一碳源和能源的革兰氏阴性菌。在我国甲醇产能严重过剩，同时沼气甲烷资源综合利用率低，因而改造甲基营养菌生物催化一碳化合物合成高附加产品越来越受关注。Methylobacterium extorquens AM1是甲基营养菌的模式菌株，其在以甲醇为碳源时，利用Ethylmalonyl-CoA代谢途径（EMC途径）生成乙醛酸回补丝氨酸同化途径，更重要的是 EMC途径为合成高附加产品提供重要的前体物。前期研究发现当碳源由 C4琥珀酸转变为C2乙胺过程中，Ethylmalonyl-CoA变位酶是一个重要的调控节点。因而本研究探究了Methylobacterium extorquens AM1以甲醇为碳源时，Ethylmalonyl-CoA变位酶是否也是重要核心调控节点，并基于此探究利用EMC途径中的中间代谢物巴豆酰辅酶A合成1,3-丁二烯重要前体物巴豆醇关键脱氢酶的基础研究，为胞内催化转化巴豆酰辅酶A生成1,3丁二烯提供基础。　　首先将EMC途径中ecm、phaA、mcmA和mcmB基因利用强启动子mxaF分别过表达，发现在以甲醇为碳源生长时，与对照菌株（含有空质粒）相比，ecm基因过表达菌株的比生长速率降低27％；利用液相色谱三重四级杆质谱联用（LC-QQQ-MS）和气相色谱质谱联用（GC-MS）进行胞内外代谢物组检测，靶向代谢物组分析显示其内大部分胞内中心代谢物浓度没有显著变化，而聚羟基丁酸酯（polyhydroxybutyrate, PHB）降低了4.5±0.22倍，3-羟基丁酰辅酶A（3-hydroxybutyryl-CoA）增加了1.6±0.21倍，具有一定毒性的关键调控代谢物乙醛酸增加了2.6±0.19倍，且胞外也显著积累增加1.8±0.33倍，这些结果表明过表达ecm基因导致乙醛酸积累和聚羟基丁酸酯降解；同时利用液相色谱飞行时间质谱（LC-QTOF）进行非靶向代谢组数据采集，运用 MZmine2、Metaboanalyst3.0和MetFusion等生物学多元统计方法寻找生物标记物及定性，分析发现两个化合物 alanine(Ala)–meso-diaminopimelic acid(mDAP)和Ala-mDAP-Ala,在ecm基因过表达菌株中显著积累，比对照菌株分别增加了53.3±4.6倍和47.6±8.4倍；此外，在胞外加入不同浓度乙醛酸发现，随着乙醛酸浓度的增加，这两个短肽含量随之同步增加，而 PHB未发生显著变化。基于此研究，通过表达异源蛋白、蛋白纯化和酶活测定等方法初步筛选催化EMC途径中间代谢物巴豆酰辅酶A合成巴豆醇的脱氢酶，发现来源于E. coli BL21(DE3)的双功能酶乙醛/乙醇脱氢酶能以巴豆酰辅酶A、巴豆醛、丁酰辅酶 A和丁醛为底物进行催化反应，结果分别为0.020±0.01μmol/min/mg，0.500±0.05μmol/min/mg，0.245±0.01μmol/min/mg和2.587±0.40μmol/min/mg。乙醛/乙醇脱氢酶催化丁醛的酶活是催化丁酰辅酶A的10倍，表明第一步脱去辅酶A的催化反应可能是限制性步骤。这为胞内生物催化转化巴豆酰辅酶 A，进而合成1，3-丁二烯提供基础。　　本研究首次揭示了Methylobacterium extorquens AM1在以甲醇为碳源生长时，ecm基因过表达导致比生长速率降低，与胞内外关键代谢物变化存在紧密关系，为以后EMC途径的代谢调控提供借鉴，乙醛/乙醇脱氢酶酶活的测定为改造甲基营养菌胞内生物催化转化巴豆酰辅酶A生成巴豆醇提供基础。