细菌摄取糖的方式根据能量耦合机理分为三类:磷酸烯醇式丙酮酸（phosphoenolpyruvate,PEP）依赖的磷酸转移酶系统（phosphotransferase system,PTS）、质子协同转运系统和ABC（ATP-binding cassette）转运系统。以己糖为主的大部分碳水化合物经由PTS摄取到胞内的同时被磷酸化,而以戊糖为主的其他化合物则由不改变底物构象的质子协同转运和ABC转运系统摄取到胞内。众所周知,细菌常会优先利用速效碳源（如葡萄糖）而抑制其他碳源的代谢来达到快速增殖的目的,这种现象被称为碳分解代谢物阻遏（Carbon Catabolite Repression,CCR）,这是由于细菌为了快速适应环境变化的结果。CCR的存在不利于混合底物的快速利用,因此解除CCR实现底物共利用一直是细菌发酵的研究热点。酪丁酸梭菌（Clostridium tyrobutyricum ATCC 25755）作为一种产丁酸优势菌株,但是关于该菌株不同碳源的转运途径及其存在的碳代谢阻遏机制却鲜有报道。因此,本研究拟通过对酪丁酸梭菌可发酵糖的转运途径和代谢调控机制进行探究,并通过代谢工程改造来强化酪丁酸菌的底物代谢能力,以期能更好的利用廉价生物质原料产丁酸。对酪丁酸梭菌可发酵糖（葡萄糖、果糖、甘露糖和木糖）转运途径的研究表明,葡萄糖、果糖和甘露糖主要通过PTS转运,而木糖则主要通过质子协同转运体（Xyl T-I,CTK＿C21040）摄取进胞内。在PTS转运系统中,PTSFru-I（CTK＿C06320）为果糖主要转运蛋白,PTSGlc-I（CTK＿C20580,Glc G）为葡萄糖和甘露糖的主要转运蛋白。酪丁酸梭菌的甘露糖代谢能力较差,通过在酪丁酸梭菌中过表达来自丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum ATCC 824）或自身的甘露糖转运和/或相关代谢基因来提高甘露糖代谢水平。其中,工程菌ATCC 25755/glc G表现出最强的甘露糖代谢能力,与野生型相比,甘露代谢速率提高117%,丁酸产量和生产强度分别提高56%和163%。说明甘露糖代谢的限速步骤为甘露糖的转运。另外,ATCC 25755/glc G菌株在葡萄糖和甘露糖的混合底物下也表现出甘露糖代谢能力的提升。以葡萄糖作为速效碳源,对酪丁酸梭菌的碳代谢调控进行研究,发现葡萄糖与果糖可以共利用,而甘露糖和木糖的代谢则受到葡萄糖的抑制。实验数据表明葡萄糖与甘露糖间的代谢抑制是由于转运竞争导致的,转运蛋白（Glc G）的失活使得葡萄糖与甘露糖共利用,但同时也严重损害了两种糖的代谢能力。而葡萄糖与木糖的代谢阻遏是由分解代谢物控制蛋白A（Catabolite control protein A,Ccp A）介导和Xyl R参与的CCR调控机制协同作用的,其中前者占主导地位。缺失两种调控机制的工程菌株ATCC25755/ΔhprkΔxyl R实现了葡萄糖与木糖共利用,其在混合糖发酵中丁酸生产强度较野生型菌株提高1.8倍,在玉米芯、小麦秸秆和大豆秸秆水解液发酵中也表现出优异的发酵性能。综上所述,本研究探索了酪丁酸梭菌中可发酵糖的主要转运途径和代谢调控机制,成功运用代谢工程强化了酪丁酸梭菌甘露糖代谢能力以及实现葡萄糖与木糖共利用,为提高酪丁酸梭菌利用弱势碳源及廉价底物产丁酸奠定了基础。