本研究以一株高产L-赖氨酸的谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）XQ-5作为出发菌株,利用基因工程的手段对其进行适当的改造,使其能通过微生物发酵高效生产β-丙氨酸。微生物发酵生产β-丙氨酸具有很大生产潜力,为此本研究对菌株XQ-5中β-丙氨酸生物合成途径的关键酶进行了筛选和优化,并提高生物合成途径和限制竞争途径中的碳通量,促进了β-丙氨酸的高效合成。本研究首次通过基因工程手段改造L-赖氨酸产生菌中β-丙氨酸的生物合成途径从而提高β-丙氨酸生产效率,为构建其他有价值的生化反应器提供了新的思路。主要研究结果如下:（1）提高代谢通量:将出发菌株XQ-5中的天冬氨酸激酶（aspartate kinase,AK,由基因lysC编码）替换成野生型AK13032,使L-赖氨酸的合成受到天冬氨酸激酶的反馈抑制而不再大量积累,获得重组菌株XQ-5.1。减少L-赖氨酸的大量积累,使流向L-天冬氨酸的代谢通量尽可能的流向β-丙氨酸合成途径。菌株XQ-5.1摇瓶发酵产β-丙氨酸5.6±0.11 g·L-1,比出发菌株XQ-5(0.5±0.04 g·L-1)提高了11倍。（2）关键基因优化:天冬氨酸-α-脱羧酶（aspartate-α-decarboxylase,ADC,由基因pan D编码）是催化L-天冬氨酸脱羧形成β-丙氨酸的关键酶。根据来源不同的天冬氨酸-α-脱羧酶的氨基酸序列构建系统发育树,从进化树的不同种属和工业常用菌种挑选15个不同来源的天冬氨酸-α-脱羧酶。通过比较酶活性和发酵性能来筛选最优酶,最终筛选来自枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）的天冬氨酸-α-脱羧酶为最优酶。然后对BsADC的三个有效突变进行组合突变,研究发现变体(BsADCE56S/I88M)对L-天冬氨酸生成β-丙氨酸的催化能力和催化稳定性,其比酶活提高了60%。同时优化启动子和RBS来控制BsADC的异源表达水平来进一步提高β-丙氨酸的产量。通过比较发酵性能,最终选择Pgro和Thir RBS为最佳组合用于控制BsADC表达。将Cgpan D基因表达框替换成Pgro-Thir RBS-BsADCE56S/I88M-终止子使其在基因组上稳定表达,获得重组菌株XQ-5.2,其β-丙氨酸产量为25.8±0.73 g·L-1,比菌株XQ-5.1提高了4.6倍。（3）增加前体物质:过表达来自嗜热杆菌（Bacillus sp.）YM55-1的天冬氨酸酶（aspartase,由基因aspB编码）增加前体物质L-天冬氨酸的通量,进一步增加β-丙氨酸产量。将aspB重组于基因组替换原有天冬氨酸酶,获得重组菌株XQ-5.3。摇瓶发酵β-丙氨酸产量为26.9±0.90 g·L-1,仅仅比菌株XQ-5.2产量只提高了4%。（4）减少支路代谢:敲除编码乳酸脱氢酶的基因ldh来阻断主要副产物乳酸合成途径。敲除编码丙氨酸/缬氨酸转氨酶基因avtA以及在丙氨酸转氨酶基因ala T前面插入终止子进行弱化其表达来减少L-丙氨酸的积累,进一步增加β-丙氨酸的积累。重组菌株XQ-5.5摇瓶发酵能积累30.7±2.3 g·L-1β-丙氨酸,比出发菌株提高了61倍。副产物乳酸和L-丙氨酸分别下降至0.2±0.09 g·L-1和3.8±0.32 g·L-1。最后对重组菌株XQ-5.5进行5 L发酵罐实验,β-丙氨酸产量为56.5±3.2 g·L-1,产率为0.79 g·L-1·h-1,糖酸转化效率（α）为39.5%,并且副产物积累降低。