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糖醇是一类重要的高附加值生物基产品，主要应用在食品添加剂，医药，化工等行业。目前，生产糖醇的方法主要是化学加氢法，但是该方法存在设备投资大，底物要求高等问题，因此绿色高效的生物合成功能糖醇方法备受关注。而要实现功能糖醇的生物合成，关键在于高产糖醇微生物的筛选与有效改造。因此，本论文以筛选到的一株产D-阿拉伯糖醇，木糖醇及核糖醇的异常毕赤酵母菌株Pichia anomala TIB-x229为出发菌株，通过糖醇合成途径中关键糖醇脱氢酶克隆表征，深入分析糖醇合成途径;利用转录组方法分析影响糖醇积累的主要基因表达差异;构建高效产糖醇酵母基因组重排技术，改造提升了酵母糖醇合成性能;为了构建更为高效的基因组改造策略，在模式酵母Saccharomyces cerevisiae中发展了TALENs介导的多位点基因组编辑技术，为下一步的产糖醇微生物的有效改造提供新的方法。 异常毕赤酵母具有优良的糖醇生产性能，同时又有抗真菌，抗逆性等重要的工业生产优势，近年来受到广泛的关注。本论文对筛选到的异常毕赤酵母P.anomala TIB-x229进行糖醇生物转化评价，结果表明该菌株可以高效转化不同浓度葡萄糖和木糖及不同比例混合糖底物生产D邛可拉伯糖醇，木糖醇和核糖醇，对复杂的木糖母液能够实现0.55 g/g的糖醇转化率。进一步分析糖醇合成途径，成功克隆并表征了关键的D-阿拉伯糖醇脱氢酶，结果表明该脱氢酶可以催化D-阿拉伯糖醇和木酮糖之间的双向反应，但是只能催化木糖醇到木酮糖的单向反应。根据酶学分析表明，酶催化反应的不平衡可能是导致不同糖醇积累的重要原因之一。为了系统揭示影响糖醇积累的基因，我们利用转录组技术比较无机/有机氮源条件下异常毕赤酵母基因表达差异。结果表明:与有机氮源相比，在无机氮源条件下，碳代谢，氨基酸代谢，离子转运及糖醇合成相关基因的表达都明显上调，为进一步分析改造酵母产糖醇性能提供了基础。 基因组工程为菌株性能改造提供了有效的方法。为了进一步提高P.anomalaTIB-x229的糖醇生产性能，本论文通过整合高效的糖醇显色筛选和荧光标记融合子流式分选技术构建了高效的产糖醇酵母基因组重排技术，并实现了对异常毕赤酵母的基因组重排改造。经过两轮重排，重组菌株GS2-3糖醇产量提高32.3％，总糖醇产量达到47.1 g/L，进一步提高了菌株糖醇生产性能。 为了进一步构建高效基因组工程技术，加速酵母基因组进化以改善菌种性能。本论文在模式酿酒酵母中发展了TALENs介导的多位点基因组编辑技术(TAME)，该技术主要基于TALENs特异性识别修饰启动子区保守序列TATA框与GC框之间的关键区域，引起不同基因的差异转录，形成多性状菌体库，进而加速底盘细胞基因组进化。研究结果表明，TAME技术能够实现酿酒酵母基因组的高效半理性改造，定点修饰效率可达到27.3％。在加速荧光表型进化和乙醇耐受性进化中得到成功应用，为基因组工程改造提供了新的策略和手段。