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阿卡波糖是由游动放线菌发酵产生的一种α-糖苷酶抑制剂,由于其结构类似于寡糖与肠道内的糖苷酶有较强的亲和性,因此可以作为竞争性底物抑制肠道内糖类的水解,达到控制餐后血糖的作用。作为降糖类药物,阿卡波糖具有较高的安全性及独特的药效机制,自上市以来便被多个国家列为治疗Ⅱ型糖尿病的一线用药。近些年关于阿卡波糖生物合成机制的研究越来越深入,但是其调控机制的研究却十分受限。这也导致了阿卡波糖生产菌株缺乏有效的基因改造靶点,菌种改造进展缓慢,阿卡波糖工业化生产低于国外先进水平。本文通过对阿卡波糖工业生产菌株的基因组及转录组测序分析用于筛选潜在的基因改造靶点,基于组学信息指导进行工业菌种改造,结合发酵工艺优化有效地提升了阿卡波糖的生产水平。首先,针对本实验室保存的阿卡波糖工业生产菌株SIPI12-34进行基因组测序,获得详细的基因组信息,并与模式菌株Actinoplanes sp.SE50/110进行了基因组比对。结果显示SIPI12-34基因组中存在2处大片段基因的缺失,同时存在160处基因突变,包括与阿卡波糖生物合成密切相关的调控基因、糖代谢基因以及磷酸水解酶基因等。通过转录组测序发现两者基因组的转录水平也存在着较大差异,与模式菌株相比,SIPI12-34中阿卡波糖生物合成基因簇上基因的转录水平均有不同程度提升,其中acb K和acb L基因的转录水平提升了128倍和108倍,这也预示着提升阿卡波糖生物合成基因的转录水平可用于提高产物产量。随后,利用CRISPR-TAR技术体外克隆了41 kb完整的阿卡波糖生物合成基因簇,并将基因簇通过接合转移的方法导入SIPI12-34菌株,整合至基因组中φC31位点实现阿卡波糖生物合成基因簇的过表达。发酵结果显示基因簇过表达菌株中阿卡波糖的产量反而下降了28%,这表明该策略并不适用于阿卡波糖工业生产菌株的改造。另一方面,在对该菌株转录组数据的分析中发现阿卡波糖生物合成基因簇中各基因的转录水平相差较大,其中acb Y,acb X,acb W,acb V,acb U,acb B等基因转录水平较低,这种基因转录不平衡的现象或许制约着阿卡波糖的生物合成效率。通过在SIPI12-34菌株中分别过表达这些基因以提升其转录水平,使阿卡波糖产量得到了不同程度的提升。其中acb U基因的过表达效果最为显著,阿卡波糖产量由原来1.74 g/L提高至2.53 g/L,产量提升了45%。这一结果也表明通过改善阿卡波糖生物合成过程中不平衡的代谢通路可用于提升产物产量,而完整基因簇的过表达并没有缓解SIPI12-34菌株中代谢通路的不平衡,阿卡波糖产量也没有获得提升。其次,通过对SIPI12-34菌株基因组信息的全局分析,发现在基因组中存在65个编码Tet R家族转录调控因子的基因,对于菌株的初级代谢及次级代谢起到了重要调控作用。由于这些调控基因转录水平相差较大,借助转录组数据进行了筛选,确立以转录水平最高的Tet R1为目标基因研究该调控因子对于阿卡波糖生物合成的影响。经过对Tet R1基因的敲除、回补实验以及不同菌株细胞干重的检测,在排除生物量因素后证明该调控因子对阿卡波糖的生物合成具有促进作用。利用q RT-PCR实验初步揭示了该调控因子的作用机制:通过促进基因簇中acb B和acb D基因的表达来促进阿卡波糖的生物合成。作为正向调控因子,在SIPI12-34菌株中对Tet R1基因进行过表达使阿卡波糖产量获得了25%的提升。再次,对阿卡波糖生物合成的代谢途径进行了分析和理性改造:（1）针对阿卡波糖合成通路中存在的分支途径,对该通路中的关键基因ACPL＿8310进行敲除,减少了中间产物的流失,使阿卡波糖产量由原来的1.74 g/L提升至2.02 g/L;（2）针对发酵过程中产生的杂质组分C,为减少该杂质组分的生成,进一步对组分C产生的关键基因tre Y进行了敲除,经验证发酵产物中组分C含量得到显著降低;（3）为了提升阿卡波糖合成前体（1-磷酸葡糖和7-磷酸景天庚酮糖）的利用率,针对竞争途径:糖酵解途径,利用CRISPR/d Cas9系统对途径中的关键酶（6-磷酸果糖激酶）基因进行了转录抑制,但由于菌株生长受到较大影响最终导致阿卡波糖产量有所下降;（4）针对另一竞争途径:糖原代谢途径,对糖原合成过程中的糖原合酶基因进行了敲除,减少糖原合成过程中对1-磷酸葡萄糖的消耗。同时进一步对糖原降解过程中的糖原磷酸化酶基因进行过表达,提升了糖原向1-磷酸葡萄糖的转化,最终使细胞中糖原含量下降了33%,阿卡波糖产量提升至2.28 g/L;（5）对之前验证获得的有效单基因靶点（正调控因子Tet R1和簇中低转录水平基因）进行了组合优化,构建了高产工程菌株SIPI2207,其阿卡波糖产量为2.92 g/L,相较于出发菌株SIPI12-34产量提升了68%。对该工程菌株进行了遗传稳定性验证,多次传代培养后仍保持高产的特性,表明该菌株具有稳定的遗传特性。最后,对工程菌株SIPI2207的培养基和培养条件进行了研究。优化了发酵培养温度、p H、种龄、接种量等培养条件;并考察了发酵培养基对产物合成的影响,在优化后的发酵培养基中SIPI2207的阿卡波糖产量为3.76 g/L。此外,在摇瓶发酵培养中研究了葡萄糖的补加量和补加方式,优化后发酵培养168 h,工程菌株SIPI2207的阿卡波糖产量达到了8.04 g/L,为目前文献报道最高产量,同培养条件下相比于发菌株SIPI12-34产量（5.19 g/L）提高了55%,表明菌种基因改造与发酵工艺优化对于阿卡波糖产量的提高均发挥了重要作用。