赖氨酸是重要的饲料用氨基酸,谷氨酸棒杆菌是重要的氨基酸生产菌,被广泛用于赖氨酸的工业化生产。由于赖氨酸的重要工业价值,在过去数十年的研发和生产历史上出现了很多品系不同、生产性能各异的实验室和生产菌株,这些菌株主要通过诱变筛选或分子改造结合诱变筛选获得,对其高产机制的认识非常有限。随着基因组测序技术的发展,基因组学与比较基因组学为快速分析这些菌株、解析其高产机制提供了全新的研究手段,有可能为新一代高性能赖氨酸工业菌株的设计奠定重要的基础。本研究测定了 13株赖氨酸产生菌的全基因组序列,获得了 3株基因组完成图与10株基因组精细图,其基因组大小在3.14 Mb-3.35 Mb之间,约3,000个编码基因。结合基因组注释信息,构建了赖氨酸产生菌的全基因组规模代谢网络,该网络包含492个酶,催化956个反应,涉及1,081个代谢物。通过对代谢网络的比较,我们首次发现并通过实验验证了谷氨酸棒状杆菌中存在Entner-Doudoroff途径。结合本实验室前期基因组测序工作,构建了现有赖氨酸产生谷氨酸棒状杆菌的系统进化树;并根据亲缘关系,将现有的17株赖氨酸产生菌分成4个谱系,分别进行了谱系间比较基因组学研究与谱系内比较基因组学研究。通过谱系间比较基因组学发现,赖氨酸产生菌其作为工业菌株在基因组水平上的优势,如,赖氨酸产生菌相对于野生型均缺失1个大的前噬菌体CGP3(～190kb),代谢功能基因及膜转运蛋白也较野生型多。此外,我们发现赖氨酸合成相关途径上有很多基因发生点突变,部分点突变与相关研究结果吻合。通过谱系内不同产酸水平菌株的比较,结合代谢网络与代谢途径分析,我们发现反馈抑制的解除、赖氨酸合成途径的加强、支路途径的弱化以及适当的“草酰乙酸/TCA”碳流比,均能够在一定程度上加强赖氨酸的积累。本研究加深了对谷氨酸棒状杆菌赖氨酸产生机理的认识,同时也为工业菌株的理性设计与改造奠定了基础。