随着传统化石能源的逐渐枯竭及对环境污染的日益关注,可再生生物能源和化学品的开发越来越成为当前能源工业和化学工业的研究热点。本文开展酿酒酵母代谢工程改造合成新型生物航空燃料epi-isozizaene（异四甲基三环十一烯）和重要化学品（7-脱氢胆固醇和S-腺苷-L-甲硫氨酸）的研究,对新型航空生物燃料及相关化学品的可持续生产具有重要的理论和应用价值。Epi-isozizaene（EIZ）是一种潜在的新型航空燃料。在工业酿酒酵母中导入含epi-isozizaene合成酶基因的高拷贝2μ质粒,成功实现了epi-isozizaene的生物合成。进一步采用CRISPR/Cas9基因组编辑技术,在酿酒酵母中通过置换启动子动态调节ERG9表达的方式,以海洋石花菜水解液为碳源条件下,将epi-isozizaene生产水平提高51%,达到了80.76 mg/L。接着依次对酿酒酵母关键中间体FPP的旁路代谢途径中的基因LPP1和DPP1进行敲除,并同时整合FPP上游合成通路的多个基因,极大地提高酿酒酵母工程菌的合成能力,epi-isozizaene产量达到了228.82 mg/L。最后,在10 L发酵罐上开展补料发酵工艺研究,并结合正十二烷的原位萃取,结果表明,经64 h发酵后,细胞干重可以达到134 g/L,epi-isozizaene积累达到2.99 g/L。进一步研究了酿酒酵母代谢工程改造生物合成其它重要化学品的可能性。通过分析维生素D3和羟化VD3的化学合成途径,结合酿酒酵母内源性的生物合成途径,开展了酿酒酵母代谢工程改造合成7-脱氢胆固醇（7-DHC）和25-羟基-7-脱氢胆固醇（25（OH）7-DHC）的研究,以期实现酿酒酵母合成VD3和羟化VD3的目标。首先采用CRISPR/Cas9基因组编辑技术,依次敲除了工业酿酒酵母麦角固醇合成途径中的ERG5和ERG6基因,然后同时对胆甾-5,7,24-三烯醇上游的18个合成基因进行强化表达,最后将异源甾醇-C24-还原酶基因导入,获得工程酵母菌HD-DHC002,最终实现了7-脱氢胆固醇的生物合成。进一步通过启动子的优化,以ENO2p为启动子,含单拷贝表达质粒的工程菌可合成较高水平的7-DHC,产量最高达到0.11 mg/L。最后,通过大幅度增加含甾醇-C24-还原酶质粒拷贝数,在摇瓶中7-DHC的产量得到了极大的提升,达到69.9 mg/L。最后,在10 L发酵罐中,利用无机盐培养基进行补料培养,经过64.5 h培养,酿酒酵母工程菌细胞干重最高可达134.8 g/L,7-DHC达到2.46 g/L,这是迄今为止文献中的最高报道。为了实现酿酒酵母生物合成25-羟基-7-去氢胆固醇,开展了具有羟化能力的微生物筛选工作。首先以有机污染土壤样品为筛选对象,成功筛选到一株可以25位羟基化维生素D3的细菌zju4-2,经过形态及16S r DNA鉴定分析,确定其为蜡状芽孢杆菌。通过对助溶剂系统和转化条件的单因次和多因次试验,获得了最优的转化反应条件。在此基础上,在5 L发酵罐上放大转化体系,经过60 h转化,25（OH）VD3浓度高达830 mg/L,得率达到41.5%。这一研究不仅获得了极有可能存在7-脱氢胆固醇羟化酶基因的微生物菌株,而且本身这一转化新菌株和新技术比相应的化学方法具有多种优点,具有重要的应用前景。另外在筛选过程中,也发现实验室保藏的链霉菌748具有羟化7-DHC合成25（OH）7-DHC的能力。以上这些工作为今后酿酒酵母代谢工程改造直接合成25（OH）7-DHC奠定了良好基础。在酿酒酵母合成生物燃料EIZ和化学品7-DHC中都能合成一定量的S-腺苷-L-甲硫氨酸（SAM）,这为酿酒酵母代谢工程改造合成生物燃料联产多种化学品的研究提供了理论基础。在本实验室前期酿酒酵母高产SAM的基础上,进一步开展了如何控制培养过程中主要杂质5’-腺苷甲基硫丙胺的研究。在大肠杆菌中导入含有SAM脱羧酶的质粒,构建重组菌,以L-甲硫氨酸为底物进行体外催化后,制备了高纯度标准品,并成功用于酿酒酵母工业化生产SAM的质量品控。总之,本论文围绕酿酒酵母代谢工程改造合成生物航空燃料EIZ并联产多种化学品的研究方向,实现了新型萜类航空燃料EIZ和多种维生素D3前体化合物的高效生物合成,并且对这一方向相关的若干代谢途径和品质控制的探索性研究取得了若干初步成果。