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丙酮丁醇梭菌是产溶剂梭菌的模式菌株，也是重要的工业菌株。它可以利用五碳糖、六碳糖及淀粉等原料，通过发酵生产多种大宗化学品及燃料，包括丙酮、乙醇、丁醇、己醇、1，3-丙二醇和氢气等。丙酮丁醇梭菌的发酵过程主要包括两个时期:产酸期和产溶剂期，二者的配合和转换形成了特色明显的代谢途径。这些代谢途径受到复杂而严格的分子调控，包括全局性和多效性的调控、途径特异性的调控等，从而使得菌体可以在复杂的环境中维持正常的生理与代谢。本论文聚焦丙酮丁醇梭菌溶剂合成相关的分子调控，基于实验室前期的工作，解析了重要调控蛋白CcpA(Catabolite Control Protein A)以及AbrB的新功能及作用机理。 我们发现，CcpA在丙酮丁醇梭菌中除了介导“碳代谢物抑制效应”(carbon catabolite repression，CCR)外，还具有很强的“碳代谢物激活效应”(carbon catabolite activation，CCA)。在丙酮丁醇梭菌中强化CcpA的表达后，菌株的生长、糖利用以及产溶剂性能均得到提升。通过转录组分析，发现了新的受CcpA调控的代谢途径，包括受CcpA激活的生物素合成途径和群体效应途径、受CcpA抑制的支链氨基酸合成途径等。 进一步分析发现，在受CCR和CCA影响的基因中，约有90％不含有保守的CcpA识别基序cre(catabolite-responsive element)，这提示了在丙酮丁醇梭菌中可能存在新的非典型的CcpA识别基序。正如所料，我们通过生物信息学和分子生物学技术，在丙酮丁醇梭菌中鉴定得到了一个全新的、结构特殊的CcpA识别基序，命名为crevar:NxTGTAAA-Yx-TTTACAMx。该识别基序两侧含有一段保守的6-nt的反向重复序列(TGTAAA/TTTACA)，中间含有长度可变的间隔区、外侧具有反向重复序列特征的延伸区。其中，保守的反向重复序列以及中间长度可变的间隔区均可以影响CcpA与crevar位点的结合，进而影响CcpA调控功能的发挥。结合信息学分析以及EMSA验证的方法，我们找到了一系列受CcpA直接调控的新靶基因，并构建了由crevar介导的新的CcpA调控网络。另外还发现，crevar基序广泛分布在产溶剂梭菌、芽孢杆菌以及致病菌等革兰氏阳性菌中，表明该识别基序介导的CcpA调控机制在革兰氏阳性菌中可能普遍存在。 转录组分析表明，丙酮丁醇梭菌中CcpA可显著激活生物素合成相关基因在发酵中后期（产溶剂期）的转录，这表明生物素合成途径是CcpA重要的下游调控靶点。因此，我们在丙酮丁醇梭菌中强化了生物素合成途径，并观察到菌株的生物素合成能力增强，溶剂的产量和产率均得到提高。另外，该表型可以通过对生物素合成途径的表达强度调试而进一步得到提升。更为重要的是，这种强化生物素合成途径的代谢改造策略也可以提升溶剂高产菌株的发酵性能。 AbrB是革兰氏阳性菌生长转换期以及产孢过程中的重要调控因子。在丙酮丁醇梭菌中存在三个注释为AbrB的蛋白（AbrB0310、AbrB1941和AbrB3647）。有趣的是，芯片结果表明CcpA可以对这三个AbrB蛋白发挥不同的调控作用。前人研究结果显示，丙酮丁醇梭菌中只有AbrB0310是有功能的调控蛋白，这使我们产生了疑惑，为什么同源性如此之高的三个AbrB蛋白只有一个发挥功能？带着这个问题，我们在丙酮丁醇梭菌中进行了三个abrB基因的启动子活性分析以及功能鉴定。最终发现了一个新的功能性AbrB蛋白(AbrB3647)，它是丙酮丁醇梭茵溶剂合成的关键负调控因子。AbrB3647与AbrB0310的功能相反，但具有许多共同作用的靶点，它们协同调控着丙酮丁醇梭菌的产酸、产溶剂及二者的转换过程。 综上所述，本论文通过对丙酮丁醇梭菌中溶剂合成相关的全局性调控蛋白CcpA和多效调控蛋白AbrB进行研究，发现了新的调控结合基序、新的调控功能和新的靶点，并解析了它们的作用机制。研究结果拓展了我们对产溶剂梭菌现有调控网络的知识，也可为菌株的遗传改造提供了思路和策略。