5-氨基乙酰丙酸（5-Aminolevulinic acid,5-ALA）是一种含五碳的非编码氨基酸,广泛存在于动植物、微生物以及藻类中,是合成维生素B12、叶绿素和血红素等四氢吡咯化合物的重要中间体。现作为促植物生长调节因子、杀虫剂、除草剂和治疗癌症的光敏剂应用于农业生产和医药临床,具有极其重要的应用价值。但5-ALA作为合成四氢吡咯物质的中间体,在生物体内的含量较少。目前主要以化学合成法合成5-ALA,但因其产率低、对环境不友好等缺陷,使得异源表达微生物中5-氨基乙酰丙酸合酶（5-aminolevulinic acid synthase,ALAS,HemA基因编码）基因以高效合成5-ALA逐渐发展起来。由于众多微生物的产5-ALA能力未能一一验证,使得研究的菌种单一,5-ALA的产量难以突破。为了开发更多产5-ALA的微生物资源,本实验从自然界中的光合细菌进行筛选、富集和纯化,得到一株5-ALA高产菌,并对其进行形态学和分子生物学鉴定;为了初步探明高产菌株HemA的基因结构、功能和表达特点,克隆HemA基因,并对其进行生物信息学分析;为了确定其生物学功能,对HemA基因进行原核诱导表达,并分析ALAS的酶学性质;为了进一步提升重组菌株的5-ALA生产能力,对其培养条件进行了优化。主要研究结果如下:（1）从采集的水样中通过多次分离筛选、纯化,得到8株光合细菌,命名为A1～A8。测定这8株光合细菌产5-ALA能力,最终确定优势菌株为A3,产量为3.62mg/L,处于目前所发现的野生菌株产量的中上水平。根据形态学和分子生物学鉴定,确定A3菌株为变形菌门（Proteobacteria）α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）红螺菌目（Rhodospirillales）红螺菌科（Rhodospirillaceae）红螺菌属（Rhodospirillum Molisch）,并命名为Rhodospirillum rubrum-A3。（2）从Rhodospirillum rubrum-A3中克隆得到2个RrHemA基因,分别命名为RrHemA1和RrHemA2。生物信息学分析结果显示:RrHemA1和RrHemA2的开放阅读框分别为1227 bp和1278 bp,分别编码408 aa和425 aa,相对分子质量分别为45417.84 k Da和46482.87 k Da;RrALAS1和RrALAS2蛋白没有跨膜结构域和信号肽,均为非分泌蛋白。功能结构域的预测和分析发现,RrALAS1有严格保守的转氨酶功能结构域,因此推测RrALAS1具有较强催化能力。（3）成功构建了pQE30b（+）-RrHemA1和pQE30b（+）-RrHemA2原核表达载体,并转至E.coli M15中表达。重组蛋白表达条件优化结果表明,最佳诱导表达条件为0.5 mmol/L IPTG,28℃下培养8 h。分离纯化后,得到浓度分别为1.6682 mg/m L、0.7440mg/m L的RrALAS1、RrALAS2两个重组酶蛋白。酶学性质分析结果表明,RrALAS1蛋白的反应最适温度为37℃,最适pH为7.8,KmS-CoA为0.1650 mmol/L,SDS、EDTA、Zn2+、Cu2+和Co2+显著抑制RrALAS1的活性,Mg2+显著增强其活性。由于RrALAS2的活性较低,其最适温度和pH未能确定。（4）利用单因素实验与Box-Behnken响应面对构建的重组菌株E.coli-M15/pQ E30（+）-RrHemA的摇瓶发酵培养产5-ALA条件进行了优化。结果表明,其产5-ALA最佳培养条件为:pH 6.5,温度28℃,时间8 h,氮源1.0 g/L碳酸氢铵,碳源1.5 g/L木糖;其合成最佳前体组合为0.5 g/L甘氨酸、5 g/L琥珀酸、1.19 g/L半胱氨酸和1.19g/Lα-酮戊二酸。在此条件下,发酵液中的5-ALA终浓度由1.09 g/L提高至2.63 g/L。