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D-1,2,4-丁三醇(D-1,2,4-butanetriol, BT)是一种四碳的多元醇。它是一种用途十分广泛的化工产品，特别是在药物和固体推进剂合成方面，丁三醇发挥着非常重要的应用价值。D-1,2,4-丁三醇还未在生物体中发现，本研究利用合成生物学的原理，构建重组大肠杆菌，重组菌可以利用D-木糖为原料经四步催化反应发酵产生BT。对重组菌的发酵条件进行初步优化，确立了生物法合成丁三醇的适宜条件。为了获得木糖脱氢酶基因xylB和苯甲酰甲酸脱羧酶基因mdlC，利用D-木糖和扁桃酸作为唯一碳源的筛选条件进行菌株的筛选，通过生理生化鉴定和分子生物学鉴定的方法，获得一株柄杆菌S1304和一株恶臭假单胞菌S1211。根据已知相关基因序列设计引物进行PCR扩增，分别从上述两株菌株中获得目的基因xylB和mdlC，生物信息学分析显示：xylB基因的氨基酸序列与Caulobacter segnis ATCC21756的D-木糖脱氢酶序列的相似性达到了96%，mdlC基因的氨基酸序列与Pseudomonas putida S12的苯甲酰甲酸脱羧酶的相似性也高达99%。为验证所设计木糖法生物催化合成丁三醇的途径，需构建分段催化合成体系，体系由氧化-脱水-脱羧-还原催化合成组成，为此通过分子生物学手段，构建重组菌E. coliW3110(pEtac-xylB)和E. coli W3110(pEtac-mdlC)。分步催化研究结果表明：xylB基因和mdlC基因分别在E. coli W3110中获得高效表达，重组菌E. coli W3110(pEtac-xylB)在含有D-木糖的LB培养基中发酵48h，在发酵上清液中检测到了产物D-木糖酸；重组菌E. coli W3110(pEtac-mdlC)在以D-木糖酸为底物发酵48h，利用GC-MS检测，结果表明发酵液中有目标产物丁三醇，证实了所设计木糖法生产丁三醇的途径的正确性。基于以上研究结果，构建木糖法生物催化合成丁三醇基因工程菌。利用重组质粒pEtac-xylB扩增出tac-xylB片段，并与pEtac-mdlC串联，构建了重组质粒pEtac-mdlC-tac-xylB，转入E. coli W3110获得重组菌E. coli W3110(pEtac-mdlC-tac-xylB)，对重组菌的发酵性能进行考察，结果显示：E. coli W3110(pEtac-mdlC-tac-xylB)在含有D-木糖的LB培养基中发酵培养48h，产生了D-1,2,4-丁三醇，实现了由D-木糖到D-1,2,4-丁三醇的一步法发酵生产。对E. coli W3110(pEtac-mdlC-tac-xylB)发酵生产丁三醇的条件进行了初步的优化。确定LB培养基中蛋白胨的最佳浓度为8g L-1，最佳的发酵条件：诱导温度37℃，IPTG浓度为1.0mmol L-1，D-木糖浓度30g L-1。在这些条件下，重组菌在48h时丁三醇的累积量达到最大，达到945mg L-1，研究结果为生物催化合成丁三醇提供了一种可行的方法。