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糖类物质作为一种碳水化合物,为生物体提供重要的营养和能量。葡萄糖作为一种单糖,在工业生产中应用最为广泛。细胞对葡萄糖的转运和代谢制约着菌体生长和目的产物得率,从而影响工业生产的成本和效率。类球红细菌富含多种营养药用成分,在食品、医药领域具有较高的应用潜力,但该菌在葡萄糖基质中生长缓慢。目前,对于类球红细菌的葡萄糖代谢已有相关研究,但其转运机制尚不清楚。本论文以类球红细菌2.4.1(Rhodobacter sphaeroies 2.4.1)为研究对象,旨在阐明葡萄糖跨膜转运机制,提高葡萄糖代谢速率。主要研究结果如下:(1)葡萄糖跨膜转运相关基因的检索及功能预测。通过检索NCBI中类球红细菌2.4.1全基因组序列,发现与葡萄糖跨膜转运相关的两个基因:glk和fruA,分别编码非磷酸转移系统(non-PTS)的葡萄糖激酶(Glk)和磷酸转移系统(PTS)的蛋白EIIBC。(2)glk和fruA基因功能的研究。通过对Δglk、ΔfruA、ΔglkΔfruA与野生型的表型及摇瓶发酵结果分析:在以葡萄糖为唯一碳源的SMM平板上,突变株ΔfruA长势和野生型没有明显差异,Δglk和ΔglkΔfruA长势较弱。摇瓶发酵结果表明,在对数生长期前期,野生型生长较快;在对数生长期中后期,ΔfruA生长最快,Δglk和ΔglkΔfruA生长明显受到抑制。现象表明,类球红细菌葡萄糖跨膜转运需要依赖PTS和non-PTS系统的共同作用,其中Glk对跨膜转运作用关键。(3)葡萄糖其它跨膜转运途径的探索。突变株ΔglkΔfruA仍能在以葡萄糖为唯一碳源的培养基中缓慢生长,推测存在其它跨膜转运途径。经生物信息学分析,葡萄糖进入类球红细菌2.4.1周质空间后,可能经葡萄糖脱氢酶(Rsp-2673编码)作用生成葡萄糖酸进入细胞内。实验通过无痕敲除,获得突变株ΔRsp-2673,ΔfruAΔRsp-2673,ΔglkΔfruAΔRsp-2673和ΔglkΔRsp-2673,与野生型进行表型和摇瓶发酵分析发现,该途径对类球红细菌葡萄糖跨膜转运影响微弱,其中ΔfruAΔRsp-2673生物量最大。(4)葡萄糖跨膜转运与代谢的强化。实验以ΔfruAΔRsp-2673为出发菌株,分别构建了glk、edd、glkE.coli和galPE.coli基因的过表达菌株。结果表明:强化non-PTS系统,过表达glk的菌株生长明显受到抑制;强化ED途径,过表达edd的菌株葡萄糖代谢速率有所提高,但前期生长较慢;强化跨膜转运,过表达galPEcoli的菌株葡萄糖代谢速率极大提高,并且获得较大生物量。最终,本论文对ΔfruAΔRsp-2673-GalP/OP进行摇瓶发酵分析,其生物量较野生型提高70%,耗糖速率提高65%。