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支链氨基酸L-缬氨酸作为必需氨基酸具有多种生理功能，被广泛应用于食品、医药、化妆品以及饲料等领域，市场需求日益增长。微生物发酵是工业生产L-缬氨酸的主要方式，而谷氨酸棒状杆菌是主要的生产菌种。生产L-缬氨酸的谷氨酸棒状杆菌主要通过筛选和随机诱变得到，其遗传背景不明且有不利表型。因此，通过代谢工程改造遗传背景明晰的野生型谷氨酸棒状杆菌生产L-缬氨酸，越来越引起重视。本论文在研究调控因子Lrp对谷氨酸棒状杆菌中L-缬氨酸代谢的调控作用基础上，从野生型谷氨酸棒状杆菌ATCC13869和L-缬氨酸高产菌株VWB-1出发，利用代谢工程手段显著提高了L-缬氨酸产量。主要结论如下：(1)研究发现谷氨酸棒状杆菌全局调控因子Lrp能促进L-缬氨酸合成。将来源于谷氨酸棒状杆菌野生型ATCC13869的lrp基因和L-缬氨酸高产菌株VWB-1的lrp1基因分别在这两种谷氨酸棒状杆菌中进行表达，发现两种全局调控因子Lrp和Lrp1均能显著提高L-缬氨酸产量，且Lrp1的效果更好。(2)解析了全局调控因子Lrp和Lrp1提高谷氨酸棒状杆菌L-缬氨酸产量的机制。通过RT-PCR分析发现Lrp和Lrp1均能提高谷氨酸棒状杆菌L-缬氨酸合成途径相关基因ilvA、ilvBN、ilvC、ilvD及胞外分泌系统brnFE的转录水平；序列分析发现Lrp1含有点突变Arg39Trp，推测可能影响Lrp与DNA的结合。因此，加强L-缬氨酸代谢途径中关键酶的表达以及改变其与lrp-brnF间隔区域的结合能力可能是Lrp提高谷氨酸棒状杆菌L-缬氨酸合成的关键因素。(3)通过代谢工程改造提高了谷氨酸棒状杆菌VWB-1中L-缬氨酸产量。在谷氨酸棒状杆菌VWB-1敲除基因pgi和brnQ，发现对L-缬氨酸产量提升均不明显；但在VWB-1中敲除基因ldh后进行罐上厌氧发酵，L-缬氨酸产量提高了27.8%，达到35.9g/L；在VWB-1中共同表达Lrp1和BrnFE，L-缬氨酸产量提高了35.6%，达到38.1g/L；对VWB-1/pJYW-4-lrp1-brnFE进行5L罐上发酵，96h后L-缬氨酸产量提高了48.9%，达到42.1g/L。(4)从野生型谷氨酸棒状杆菌ATCC13869出发，通过代谢工程改造构建L-缬氨酸生产菌。具体策略包括连续敲除3个基因aceE、alaT和ilvA并串联表达6个基因lrp1、brnF、brnE、ilvB、ilvN和ilvC，构建了代谢工程菌WCC003/pJYW-4-ilvBNC1-lrp1-brnFE。此重组菌在摇瓶和5L罐上发酵L-缬氨酸产量分别达到23.9和36.6g/L。(5)进一步对重组菌WCC003/pJYW-4-ilvBNC1-lrp1-brnFE进行发酵条件优化，提高其生产效率。通过二级种子接种，初始添加0.4g/L异亮氨酸、10g/L醋酸钾和2mM丙酮酸钠，在24和48h再补加10g/L醋酸钾，WCC003/pJYW-4-ilvBNC1-lrp1-brnFE摇瓶发酵96h后L-缬氨酸产量达28.5g/L；5L罐上发酵96h后L-缬氨酸产量达到51.2g/L，且几乎不含L-丙氨酸和L-异亮氨酸等副产物。