苏氨酸脱水酶（Threonine dehydratase, TD）可催化苏氨酸脱氢生成2-酮丁酸，在自然界以两种形式存在：合成代谢苏氨酸脱水酶（Biosynthetic threonine dehydratase, BTD）和分解代谢苏氨酸脱水酶（Catabolic threonine dehydratase, CTD）。两者具有不同的蛋白质结构和生物化学性质，并参与不同的代谢途径。BTD可进一步分为两种类型：BTD1和BTD2，两者参与相同的代谢途径，但蛋白质结构和生物化学性质有所不同。CTD、BTD1和BTD2相同的功能说明三者可能存在一定的进化关系，而它们结构、性质和代谢途径的差异又说明三者对生物体适应环境有不同的意义。目前针对CTD、BTD1和BTD2的结构和性质已有大量研究，但CTD、BTD1与BTD2的进化关系、进化途径以及进化的意义目前尚不清楚。本文结合生物信息学和分子生物学等方法系统分析了三者的进化关系、进化途径及进化推动力，提出了TD可能的进化模型。并进一步通过直接去除BTD类ACT亚结构域的方法，实现了BTD抗异亮氨酸反馈抑制，具有一定的应用指导意义。主要研究结果如下：（1）通过比对来源于328个属的CTD和来源于546个属的BTD的序列特征，以及StCTD（2GN2）与EcBTD2（1TDJ）的结构特征，发现CTD与BTD的序列特征与结构特征一致，说明虽然CTD与BTD参与不同的代谢途径，但CTD与BTD为来源于同一祖先的同源蛋白质，而非功能相同的类似蛋白质。（2）从Proteobacteria、Firmicutes和Actinobacteria三大菌门中以分类学为标准挑选82个菌株，并构建TD蛋白质序列的进化树模型。分析发现：CTD与BTD2各只分布于一个组群，而BTD1则分布于两个组群（BTD1-A和BTD1-B），且组群BTD1-A与BTD2紧邻。结果说明，BTD1编码基因发生过复制，BTD1-A与BTD2的亲缘关系较BTD1-B紧密。（3）提取82个基因组的16s rDNA序列构建进化树模型，并分析CTD、BTD1及BTD2的分布规律。分析发现CTD广泛存在于三大菌门， BTD1广泛存在于除-proteobacteria外的三大菌门，但除8个基因组同时含有BTD1-A和BTD1-B外，其余基因组只含有BTD1-A或BTD1-B；BTD2只分布于Proteobacteria。说明CTD可能出现最早，BTD1编码基因复制后发生丢失，BTD2出现最晚产生于Proteobacteria中。（4）在Escherichia coli中过量表达3个CTD、2个BTD1-A、2个BTD1-B和2个BTD2编码基因，构建9个TD表达菌株，研究TD的进化推动力。从E.coli重组菌中纯化9种不同的TD，比较9中TD在不同pH和不同温度下的活力及稳定性。结果发现：BTD1最稳定，但BTD2的酶活力最高。说明类ACT亚结构域对TD的稳定性和易变性有重要影响，可推动TD的进化。（5）去除Corynebacteriumglutamicum BTD1及E. coli BTD2的类ACT亚结构域，并在E. coli中过量表达两个突变酶，构建2个重组表达菌株。从E. coli重组菌中纯化2种突变酶，测定其酶活力及抗异亮氨酸反馈抑制能力。结果发现，突变酶活力降低，但不再受异亮氨酸反馈抑制。说明类ACT亚结构域的去除可实现BTD抗异亮氨酸反馈抑制。