芳香醇（色醇、2-苯乙醇、酪醇）是一类在医药、化妆品、食品等领域应用广泛的高级醇,同时对鲜花和水果也有保鲜作用。芳香醇具有极高的应用价值和较高的价格,所以提高芳香醇的产量成为研究的热点。化学合成芳香醇过程中副产物多,污染大,植物中提取成本高,效率低,因此微生物合成芳香醇成为当前芳香醇合成中的重要方法。很多细菌和真菌都有合成芳香醇的能力,目前国内外发酵生产芳香醇中运用最多的是酵母菌。莽草酸途径和艾利希途径是微生物合成芳香醇的主要途径,要在微生物的本底水平上进一步提高芳香醇的产量,可以对细胞内的代谢途径进行合理有效的改造,还可以引入异源基因进行表达。本课题首先以酿酒酵母KMLY1-2（二培体）为研究对象,通过对菌株培养条件和培养基成分进行优化,得到KMLY1-2菌株色醇产量最低、中等和最高等系列培养基配方。以产不同水平色醇的KMLY1-2细胞为实验对象,通过基因组,转录组和代谢组明确KMLY1-2色醇合成的主要途径。根据色醇合成主要途径及基因的表达量,选取11个关键基因,还根据文献报道选取了4个植物和细菌源基因,通过异源表达技术在酿酒酵母BY4741中分别验证这15个基因的功能。由于过表达菌株BY4741-uli1色醇和2-苯乙醇产量显著增加,所以将该菌株送转录组测序分析,以揭示未折叠蛋白反应诱导基因（uli1）如何调控色醇和2-苯乙醇的合成,该菌株中的合成通路和代谢通路发生了哪些变化。本课题主要研究结果如下:（1）通过对酿酒酵母KMLY1-2菌株培养条件和培养基成分的单因素优化,结合响应面分析法（RSM）确定色醇合成中最适碳源为葡萄糖,最优添加量为30g/L;色氨酸是最优的氮源且为影响色醇产量最主要的因素,TM培养基中不添加色氨酸时,该菌株不产色醇,添加0.6 g/L的色氨酸,色醇产量处于中等水平,培养基中添加的色氨酸最优浓度为1.5 g/L时。综合单因素实验、RSM实验和发酵培养基中色氨酸的残余量测定,确定KMLY1-2菌株色醇产量最低、中等和最高的培养基分别为TM-0T、TM-0.6T和TM-1.5T,在这3种培养基中发酵培养KMLY1-2菌株后进行基因组、转录组和代谢组分析。（2）基于KMLY1-2菌株的基因组、转录组和代谢组分析,筛选出11个差异表达且可能促进色醇和2-苯乙醇产量提高的基因,4个植物源和细菌源基因,在BY4741菌株中异源表达进行基因功能的验证。目前,15基因全部与表达载体p Y26TEF-GPD连接,成功构建15个单基因重组质粒和2个双基因重组质粒,将这些重组质粒全部转入BY4741菌株中异源表达,使用高效液相色谱仪对重组菌株发酵液中的色醇和2-苯乙醇含量进行测定,发现6个重组菌株BY4741-uli1、BY4741-thi4、BY4741-adh5、BY4741-thi13、BY4741-paas、BY4741-iaids的产量与对照菌株BY4741-GPD相比,除了BY4741-paas菌株色醇产量没有统计学差异,其余5株菌分别提高了62.60%、164.15%、123.53%、27.99%和65.16%;以上6株菌2-苯乙醇产量都显著性提高,分别提高了24.91%、44.17%、28.11%、28.12%、20.33%和15.79%。2个双基因表达的菌株BY4741-paas-adh5和BY4741-iaids-adh5芳香醇产量也显著提高,与对照菌株相比色醇产量分别提高82.75%和146.55%,2-苯乙醇产量分别提高55.53%和35.09%。此外,为了进一步确定以上基因与色醇和2-苯乙醇的合成相关,把其中4个重组质粒成功转入KMLY1-2单倍体a型菌株（KMLY1-2a）中进行色醇和2-苯乙醇产量测定,发现与对照菌株相比,2-苯乙醇产量同样提高,但KMLY1-2a中所测色醇产量与对照菌株无统计学差异。推测这一结果由两株酿酒酵母菌不同的遗传背景造成。（3）对过表达菌株BY4741-uli1进行转录组分析发现,在色醇和2-苯乙醇的合成过程中,上调的DEGs主要在代谢途径,酵母细胞的减数分裂和酵母菌MAPK信号通路等途径富集,且发现艾利希途径中的乙醇脱氢酶编码基因（adh2、adh3）等显著上调。推测uli1基因表达后菌株细胞代谢途径增强,生长速度快,色醇和2-苯乙醇合成途径中乙醇脱氢酶催化的还原反应增强,使BY4741-uli1的色醇和2-苯乙醇产量增加。对于酿酒酵母KMLY1-2a菌株,通过与BY4741菌株的转录组比较分析发现,该菌株在基因组的数量上占很大的优势,KEGs数量也较多,KEGG分析后发现,上调基因较多且主要富集于代谢通路、次级代谢产物的生物合成、抗生素的生物合成、氨基酸的生物合成和细胞减数分裂过程,且色醇和2-苯乙醇的合成过程中受到较多关键催化酶基因（adh1、adh5、aro1、aro9等）的调控,解释了为何KMLY1-2a菌株色醇和2-苯乙醇产量高于BY4741菌株。