随着环境污染不断加重以及能源供求之间的矛盾日益尖锐，寻找石化燃料的可替代生物能源越来越受到人们的关注。异丁醇由于具有能量密度接近于汽油;气压低，容易与汽油混合;与乙醇相比，可以和汽油高比例混合，而不需要特殊的适应装置等优势而受到人们的青睐。利用支链氨基酸合成途径和Ehrlich途径已经在几种生物中实现了异丁醇的生物合成。　　本研究将异丁醇合成途径中的五个关键基因（alsS，ilvC，ilvD，kivD及adhA）整合到大肠杆菌XZ-T010基因组上，并利用本实验室构建的人工调控元件对其表达进行优化，获得一个性能较好的异丁醇生产菌AS108，好氧发酵24小时生产114mM异丁醇，糖醇转化率为0.51mol/mol，厌氧发酵6天生产35mM异丁醇，糖醇转化率为0.66mol/mol。之后采用RBS文库在菌株AS108中对异丁醇生物合成基因进行调控并进行酶活测定，发现对醇脱氢酶AdhP进行调控优化后，异丁醇产量提高了20％，转化率提高了9％，醇脱氢酶的酶活提高了18％。　　异丁醇生物合成过程中需要还原性辅因子NADPH，而厌氧条件下，糖酵解过程中主要生产NADH。本研究采用三种不同的策略来优化胞内辅因子供求之间的平衡以满足异丁醇生产的需要。第一种策略是通过激活转氢酶和NAD激酶，加速NADH和NADPH之间的转换。在厌氧发酵条件下，只激活转氢酶导致异丁醇产量增加了20％，转化率增加了8％。虽然进行NAD激酶单基因调控对异丁醇的生产没有效果，但是将NAD激酶和转氢酶一起激活之后，与只进行转氢酶调控的菌株相比，异丁醇产量提高50％，转化率提高30％，表明这两个酶在增加NADPH的供给上存在协同作用。获得的菌株AS166，厌氧发酵条件下可以生产63mM异丁醇，糖醇转化率达到0.92mol/mol;获得的菌株AS226，好氧发酵24小时，生产146mM异丁醇，糖醇转化率为0.63mol/mol，与AS108相比，产量提高了28％，转化率提高了23％。　　第二种策略是ED途径改造，提高厌氧发酵条件下利用葡萄糖生产异丁醇的糖醇转化率。在AS108中依次激活ED途径关键基因实现EMP糖酵解途径和ED途径共同作用生产异丁醇，另外进行了敲除pgi基因或者pfkA基因失活EMP糖酵解途径的研究，最终获得的菌株IBED072，厌氧发酵6天，糖醇转化率达到0.88mol/mol，与AS108相比，转化率提高34％。　　第三种策略是磷酸戊糖途径改造，以提高好氧发酵条件下异丁醇生产能力。对磷酸戊糖途径中几个关键基因分别进行固定强度的调控以及RBS文库调控，获得一个tktA与taIB双基因库调控的菌株，好氧发酵24h，生产130mM的异丁醇，糖醇转化率为0.58mol/mol，与AS108相比，异丁醇产量提高了14％，转化率提高了8％。　　比较三种改造策略，发现不论是好氧发酵还是厌氧发酵，转氢酶和NAD激酶协同优化在提高还原力NADPH供给方面的效果最好。