大肠杆菌(E.coli)作为一种宿主菌,具有基因操作简单,繁殖快等优点,在实验室中被当作首选宿主用来表达外源酶和合成重要化学物。基于此,本研究选择E.coli作为宿主菌,实现了异源硫酸软骨素裂解酶ABCⅠ(ChSase ABC I)的高效表达和重要芳香族化合物的生物合成。ChSaseABC I是一种能将大分子量硫酸软骨素(CS)降解成小分子量CS的多糖裂解酶。本研究将融合标签麦芽糖结合蛋白(MBP)与ChSase ABCⅠ进行融合,实现了 MBP-ChSaseABCⅠ的可溶性表达。通过表达宿主优化,其产量能达到3180.0 ± 19.0 IU/L fermentation liquor,同时探究了融合标签对ChSaseABCⅠ性质的影响。其次,系统探究了工业常用His标签对ChSase ABC I性质的影响,发现His标签未对ChSase ABC I的聚合状态、最适作用温度和pH产生影响。但是降低ChSase ABC I的催化效率和比酶活。为提高ChSase ABC I对CS B的活性,我们通过序列比对和分子模拟分析结构,用定点突变的方法,得到了对底物CSB活性比野生型高的ChSaseABCⅠ的突变体。此外为进一步提高ChSase ABC I的表达量和酶活,我们发掘了一种新的融合标签3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH),该酶是糖酵解途径中不可缺少的一种酶。另外,其在实时荧光定量PCR(RT-PCR)实验中常被用作内参基因,原因在于其在表达时几乎不受实验条件的干扰。随后,我们将该标签与ChSase ABC I融合表达后,结果显示融合有GAPDH标签的ChSase ABC I,其表达水平和酶活比未融合的ChSase ABC I分别提高了2.3和3.0倍。经过发酵条件优化,在最优条件下,GAPDH-ChSaseABCⅠ产量能够达到 28488.6 ± 2143.3 IU/L fermentation liquor(880.0 ± 61.0 IU/g wet cell weight),该产量也是目前报道的最高水平。同时研究了融合标签GAPDH对ChSase ABC I性质的影响,GAPDH未对其最适温度和pH产生明显影响,但对其比酶活和催化效率产生了负面影响。本论文另一研究重点是利用E.coli为宿主菌,实现了多种芳香族化合物的生物合成,其中包括木质素单体醇类,香草醇和没食子酸。木质素单体醇类化合物,包括香豆醇,芥子醇,咖啡醇和松柏醇,是木质素合成的直接前体,其衍生物具有不同的生理和药理功能。我们设计了高效生产木质素单体醇的代谢途径,发酵后,香豆醇的产量达501.8 ± 41.4 mg/L,比之前报道高出将近10倍。对于咖啡醇和松柏醇的合成,为避免副反应发生造成碳源流失,我们利用了细胞膜能给L-酪氨酸提供一种屏障的作用,引入共培养的方法。经过接种比例优化,咖啡醇的产量达到401.0 ±15.3 mg/L,比单独培养生产菌株的产量高出将近12倍。同时,经过放大实验,其产量达到854.1 ± 44.6 mg/L。利用同样的方法,松柏醇的产量达到 124.9±5.1 mg/L。香草醇,一种天然酚类化合物,是一种被广泛使用的香味剂。为实现其首次生物合成,首先我们对咖啡酸-O-甲基转移酶(COMT)的底物多样性进行了验证,发现COMT能够催化新底物3,4-二羟基苯甲醇生成香草醇。其次,基于此,我们利用COMT设计了一条香草醇的非天然合成途径,并转化到宿主E.coli中,能生产240.7 ±22.2 mg/L香草醇。没食子酸,作为酚酸类化合物的一种,普遍存在于多种植物中具有超强的抗氧化作用。为避免其提取生产过程中的缺点,我们报道了一种全新的方法来有效生产没食子酸。首先通过结构分析和定点突变,我们获得了新的p-羟基苯甲酸羟基化酶(PobA)突变体。该突变体对底物3,4-二羟基苯甲酸的kcat为1.7±0.2s-1,比野生型和其他报道的突变体都高,且对底物4-羟基苯基酸的活性得到了最大保留。随后,我们将此突变体引入到没食子酸合成途径中,有1266.4 ± 51.8 mg/L没食子酸从简单的碳源产出。本研究,以E.coli为宿主菌,我们实现了 ChSase ABC I的异源表达,并开发新的融合标签GAPDH,同时实现了高价值的芳香族化合物的生物合成。