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L-丝氨酸是一种常见的氨基酸，在生物体内参与蛋白质的合成，并可作为中间代谢产物，参与合成多种具有重要生理功能的物质，如半胱氨酸和甘氨酸等。L-丝氨酸是一种重要的工业产物，在食品、精细化工及医药方面有广泛应用。L-丝氨酸的合成方法主要有三种:直接提取、化学合成，以及生物合成。前两种方法的L-丝氨酸产率较高，但均会应用到一些对环境、生物体危害较大的化学试剂。随着人们对各种微生物代谢背景及生物学特性的愈发了解，利用微生物反应器，通过系统的调控微生物体内代谢，使其定向的大量合成某种代谢产物变得更加容易。然而，由目前的研究成果来看，生物法合成L-丝氨酸的转化率仍然较低。随着环境问题的日益突出，迫切需要我们建立一种具有较高转化率的L-丝氨酸微生物合成方法。
大肠杆菌是一种在生物学上常用的模式生物，具有生长速度快、培养方法简单等优点。由于人们对其遗传背景、培养条件已有了较全面的了解，并建立了完整的遗传操作方法，大肠杆菌常作为宿主菌用于各种工业产物的生物转化或微生物发酵，应用于大规模的工业生产中。在大肠杆菌中，糖酵解中的3-磷酸甘油酸在3-磷酸甘油酸脱氢酶、磷酸丝氨酸转氨酶及磷酸丝氨酸磷酸化酶催化下，经过三步反应生成L-丝氨酸。
L-丝氨酸作为大肠杆菌体内重要的中间代谢产物，需要向下合成许多其他物质，并通过转化为丙酮酸完成其降解。因此，虽然由葡萄糖转化成的L-丝氨酸量较多，但可以积累的L-丝氨酸量较少。目前，以大肠杆菌为目标菌株进行L-丝氨酸的生产有了一定的研究，但研究的较为基础，产量都不是很高。
质粒是代谢工程与合成生物学研究中常用的基因过表达载体。各种质粒由于其拷贝数、启动子强度的不同，可产生不同强度的基因表达水平。高拷贝质粒可产生更多的目的基因拷贝，在理论上得到的目的产物也较多，然而，质粒的维持需要利用菌体的核苷酸进行DNA的复制及目的基因的转录，在对菌体产生代谢负担的同时，往往还会对细胞内正常的代谢过程造成影响。高拷贝质粒无疑加重了这方面的顾虑，有时会有质粒不稳定，甚至丢失的情况发生。
我们在敲除了sdaA的大肠杆菌DH5α中，分别利用带有弱启动子的低拷贝质粒pBBR1MCS-2和带有强启动子的中高拷贝质粒pTrc99a过表达L-丝氨酸合成途径的三个基因，得到菌株Sp和SpTrc，两株菌经72h分批发酵，各产生了4.46g/L和6.36g/LL-丝氨酸，质粒的替换使L-丝氨酸途径进一步扩大，菌体代谢变旺盛，产生更多的乙酸用于供能。
乙醛酸循环是大肠杆菌中TCA循环的补给途径，在K12系列中受转录抑制蛋白Ic(1)R、ArcA抑制而关闭。敲除抑制蛋白可将乙醛酸循环打开，菌体代谢分布发生变化，L-丝氨酸积累增多。这对以葡萄糖为底物的高密度发酵L-丝氨酸有益，且在葡萄糖不足的情况下尤其明显。aceB编码乙醛酸生成苹果酸的苹果酸合酶，位于aceBAK操纵子的首位，此基因的缺失会造成乙醛酸的积累，引起菌体代谢分布的进一步变化。在菌株SpTrc中依次敲除iclR、arcA，开启了乙醛酸循环，并通过敲除aceB提高了乙醛酸水平，得到菌株3SpTrc。乙醛酸循环打开后，菌体供能充足，碳源浪费减少，生长代谢变旺盛，配合乙醛酸水平的升高，使产物积累增多到8.34g/L。
质粒具有不稳定的缺点，并会因为多种问题导致底物浪费的现象出现。使用特定方法将目的基因整合到宿主菌基因组，可实现目的基因的稳定表达，同时实现对基因表达量的精确控制，避免了质粒表达可能带来的问题。利用FLP/FRT位点专一性重组，构建L-丝氨酸操纵子，整合上三个拷贝的菌株产L-丝氨酸2.3g/L。继而将基因serAs和serC分别成环，同时整合到有多个FRT位点的L-丝氨酸合成菌株中，两基因拷贝数的增多使同一途径的serB表达量上调至少两倍，当serAs拷贝数为10，serC拷贝数为6，同时serB表达量提高4倍时，L-丝氨酸产量最高，24h摇瓶发酵为4.45g/L。这说明只有serAs和serC的表达量较大且比例协调时，L-丝氨酸通路才能最大程度的打开，积累最多的产物。利用FLP/FRT位点专一性重组法在基因组上整合较少拷贝数的基因，即可达到与较高水平质粒表达的效果，得到具有应用优势的工业菌株。