L-赖氨酸是人体所需的必需氨基酸之一,在食品、医药及化妆品行业都有重要作用。已有L-赖氨酸的生物合成研究多以谷氨酸棒杆菌作为宿主菌,且改造多为菌株随机突变、质粒介导的遗传修饰及工业化方面的优化措施,存在菌株代谢压力大、遗传不稳定且遗传背景不清晰等问题,而以大肠杆菌作为宿主菌进行的基因组改造策略研究鲜有报道。本论文利用代谢工程领域的技术与策略,以提升大肠杆菌中L-赖氨酸产量为目的,对大肠杆菌基因组进行了一系列理性改造,实现了 L-赖氨酸产量的逐步提高。首先,敲除了两个L-赖氨酸脱羧酶的编码基因,阻断了 L-赖氨酸向下游产物转化的途径,构建了能够检测到L-赖氨酸积累的菌株。其次,以质粒为载体过表达关键酶基因,筛选得到携带质粒的L-赖氨酸高产菌株,为下一步基因组整合提供依据。再次,对L-赖氨酸内源生物合成途径进行改造,首次在E.coli基因组上相继将二氢吡啶二羧酸合酶和天冬氨酸激酶两个酶的启动子替换为T7强启动子,实现大肠杆菌中通过基因组改造对L-赖氨酸的大量积累,L-赖氨酸产量提升15.6%。随后,对糖酵解途径及磷酸戊糖途径的碳流量比进行调节,提升了途径中NADPH的产量,使L-赖氨酸产量进一步提升了 1 5.02%。最后,引入异源多功能酶,并将其和T7强启动子一并整合到大肠杆菌基因组,尝试以一个异源多功能酶代替原有的四步酶进行催化反应,该策略使L-赖氨酸的产量又得到了 2.68倍的大幅提升。通过一系列策略研究,最终获得了一株遗传背景清晰的高产L-赖氨酸的大肠杆菌基因组改造菌株,产量可达2.07 g/L。本论文与已经报道的大肠杆菌生产L-赖氨酸的方法不同,在L-赖氨酸高产平台的构建中,抛弃了菌株随机突变以及通过质粒构建进行基因表达的方法,直接采用了在大肠杆菌的基因组上重组L-赖氨酸合成途径中的关键酶编码基因及替换强启动子,使得到的L-赖氨酸高产菌株更为稳定,且遗传背景更加清晰,由此高产平台通过模块化共培养发酵下游产物也将更加方便简单,该高产平台的应用前景也将更加广阔。