S-腺苷蛋氨酸（SAM）和谷胱甘肽（GSH）是两种重要的含硫氨基酸衍生物,参与调解人体众多的生理功能,在医药和保健品领域有广泛的应用。本文以工业酿酒酵母和谷氨酸棒杆菌为出发菌,分别合成SAM和GSH,并对两种菌中CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）系统的应用展开研究。首先,通过优化CRISPR/Cas9系统,在二倍体工业酿酒酵母中实现了高效的基因敲入、敲除和delta位点多拷贝整合。应用该系统,对工业酿酒酵母Sacchromyces cerevisiae HD 中SPE2基因、GLC3 基因以及SAH1 基因进行敲除的同时强化表达SAM2基因,获得一株高产菌HDsam003。与出发菌相比,以L-甲硫氨酸为底物,SAM产量提高73.7%,胞含量提高159%。鉴于DL-甲硫氨酸的价格是L-甲硫氨酸的三分之一,以DL-甲硫氨酸为底物生产SAM更节省成本。通过引入D-氨基酸氧化酶DAAO与L-苯丙氨酸脱氢酶L-PheDH组成的转化系统,成功提高了 S.cerevisiae HD利用D-甲硫氨酸与DL-甲硫氨酸合成SAM的效率。进一步在S.cerevisiae HD中SPE2和GLC3位点敲入SAM2表达盒,以及HPA3和SAH1位点敲入DAAO与L-PheDH表达盒,获得工程菌HD-R2。与出发菌相比,以0.5g/LDL-甲硫氨酸为底物,SAM浓度和胞含量分别提高289%和192%。通过10 L发酵罐的补料培养,HD-R2细胞干重最高可达104 g/L,添加33.3 g/LDL-甲硫氨酸为底物,可积累22.3 g/LSAM,胞含量达到214mg/g DCW,为文献报道最高产量。其次,利用谷氨酸棒杆菌高产谷氨酸的特性,创新性地引入GSH合成酶GshF,使得谷氨酸棒杆菌获得合成GSH的能力。进一步地改造胞内半胱氨酸代谢途径,使得谷氨酸棒杆菌半胱氨酸合成能力提高10.5倍。在此基础上,重新引入GshF表达质粒,获得的工程菌CgGsh-2在仅添加20 mM甘氨酸的情况下,可以合成756 mg/L GSH。最后,利用组成型表达的Cas12a蛋白,成功实现了对谷氨酸棒杆菌的基因编辑、基因转录抑制以及基因转录激活。其中,Cas12a介导的基因敲除效率约50%;失活的dCas 12a与活性Cas 12a介导的基因抑制效率分别达到80%和60%;融合了 RNA聚合酶ω因子的dCas12a可介导基因转录激活,基因表达量可提高1倍。此外,基于单一活性Cas12a,成功构建可以介导同时基因敲除与转录抑制的RE-CRISPR系统,能够快速有效地改造谷氨酸棒杆菌的代谢途径,强化丝氨酸和半胱氨酸的合成。本论文一方面在工业酿酒酵母中建立了高效的CRISPR/Cas9基因组编辑系统,并用于强化酿酒酵母利用L-甲硫氨酸和DL-甲硫氨酸为底物合成SAM的能力;另一方面,在谷氨酸棒杆菌中,构建GSH高效合成途径,并探索了基于Cas12a的基因组编辑与转录调控。本研究对SAM与GSH的高效生物合成以及CRISPR系统在工业酿酒酵母和谷氨酸棒杆菌中的应用具有指导意义。