中文摘要：

丁二酸广泛用于制备食品添加剂、食品包装材料及其他化学品，以发酵法取代化工合成法制备丁二酸，符合食品安全要求且原料可再生。项目以玉米芯水解糖为原料、丁二酸杆菌为研究对象，拟围绕细胞能量平衡机制对菌株代谢途径进行重点研究⑴基于丁二酸代谢存在还原能量不足的核心矛盾，激活G6PDH，迫使部分EMP碳流迁移至PPP途径，并控制提升PPP/EMP流量比，借助NADPH从源头保证能量供给；⑵基于细胞能量传递的需求及玉米芯水解糖五六碳共存的特征，偶联调控木糖代谢限速酶（XR、XDH）及G6PDH，完成NADPH与NADH能量有效传递，加速木糖介入PPP途径速率，实现五六碳共发酵并促进细胞能量平衡；⑶基于乙醇支路对丁二酸具有碳流及能量双重竞争特征，通过Adh基因胞外定点突变与胞内同源重组，结合丙烯醇抗性获取突变株，阻断乙醇代谢并消除该支路造成的能量损失。项目可望为纤维类水解糖发酵丁二酸提供一定支持。

结论摘要：

背景与意义丁二酸（又叫琥珀酸）是未来最为重要的平台化学品之一，基于可再生原料五六碳糖共发酵发酵制备丁二酸一旦应用实践，必将构建一个崭新的基础化学品生物炼制绿色平台。 方向与及效果本项目在菌株代谢平衡分析基础上，重点开展了五六碳糖共发酵代谢调控，以及副产物代谢阻断选育的研究，结果表明，通过关键酶的激活及代谢平衡的调控，有效促进了菌株利用五、六碳发酵产丁二酸的能力，且副产物被有效阻断。 主要研究内容细胞的代谢平衡是碳物质平衡和能量平衡共同作用的，在有效提升能量平衡的同时，能够反过来促进碳平衡，进而提高菌株发酵主产物的碳得率。纵观本研究课题，紧紧围绕如下三个方面主要内容开展研究工作（①能量平衡分析研究；②五六碳共发酵研究；③副产物选育及整体代谢调控研究）。发现菌株最终产物的得率及发酵效率的提升均在较大程度上得益于能量平衡系统的改善，这为未来同类菌株代谢调控与代谢改善提高了较好的思路与借鉴。 关键研究数据①通过调控实现EMP与HMP的流量比（J2 : J4）由2.26 : 1.00降至1.36 : 1.00。EMP与HMP流量比的降低意味着HMP在总体流量中所占的流量分配的增加，这就促进了H还原力（NADPH）的增加，从而缓解了细胞的H还原力不足的矛盾，为丁二酸的浓度及代谢通量的增加提供条件。②围绕木酮糖激酶开展调控，改用MgCO3作为中和剂后，木酮糖激酶由50 U/mg增至380 U/mg，有效促进了木糖代谢的增加，加速了五六碳的共代谢。③在乙醇脱氢酶定点突变使得副产物乙醇的流量有效降低（由0.54降至0.018），不但消弱了其他副产物对琥珀酸的碳分流，同时在一定程度上缓解了细胞H供体不足的矛盾（毕竟1mol的乙酰辅酶A转化为1mol的乙醇需消耗2mol的H还原力，而这与琥珀酸的代谢是相冲突的）。并同时开展相关途径代谢调控研究且取得有效数据结果。 重要研究结果本研究开展过程中，主要成果均是围绕细胞代谢分析、能量调控、途径选育以及工艺探索而开展的，围绕这几个方面形成主要成果申请新专利3个、新基因3个，本项目资助发表论文19篇（其中SCI论文9篇，中文核心期刊8篇）、参与培养研究生5名、获公派资助出国访学1人。本项目主要研究结果也进一步促进了食用及化学品丁二酸的开发热潮，为丁二酸生产的理论研究及工业实践均提供有益参考。