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稀有糖,尤其是D-山梨糖和D-阿洛酮糖,具有降低血糖血脂、神经保护、清除自由基等生理活性,在生命医药、化妆品、膳食等领域拥有广泛的应用前景。因此,建立实用的稀有糖资源库,完善稀有糖合成体系具有重要意义。本研究主要利用三种不同来源的磷酸二羟基丙酮（DHAP）依赖型醛缩酶偶联甘油磷酸氧化酶,构建三种大肠杆菌全细胞催化合成稀有糖的体系,从DL-3-磷酸甘油和甘油醛出发合成稀有糖。研究采用大肠杆菌来源的L-鼠李树胶糖-1-磷酸醛缩酶（L-rhamnulose-1-phosphate aldolase,RhaD）、肉质葡萄球菌（Staphylococcus carnosus）来源的D-果糖-1,6-二磷酸醛缩酶（D-fructose-1,6-biophosphate aldolase,FruA）、嗜热栖热菌（Thermus thermophilus）HB8来源L-墨角藻糖-1-磷酸醛缩酶（L-fuculose-1-phosphate aldolase,FucA）,分别与肺炎双球菌（Streptococcus pneumoniae）来源的甘油磷酸氧化酶（L-α-glycerophosphate oxidase,GPO）基因串联,构建pET-28a相关表达载体,并在大肠杆菌BL21（DE3）内成功表达。以甘油醛和DL-3-磷酸甘油为双底物,利用三种大肠杆菌全细胞体系（RhaD+GPO、FucA+GPO、FruA+GPO）催化合成多种稀有单糖（其中包括D-山梨糖、D-阿洛酮糖、L-山梨糖以及L-果糖等）。使用薄层层析（TLC）和高效液相色谱（HPLC）对稀有糖进行定性和定量分析,并优化了全细胞体系的最优反应条件,其优化结果如下:pH 7.0,温度37℃,最适合的全细胞量约为25 g·L-1。本研究成功建立三种全细胞生产稀有糖体系,但是起关键作用的野生型醛缩酶在以甘油醛为受体的情况下,可能会失去立体选择性,产生两种稀有糖。对此,本实验以RhaD醛缩酶为例,结合蛋白质分析软件Discovery Studio 4.0,计算机模拟醛受体（D-甘油醛）与酶分子进行对接,分析系统能量最小化时,底物与酶分子发生相互作用的氨基酸（第29位、115位、188位等）。通过对关键位点氨基酸迭代饱和突变（Iterative Saturation mutagenesis,ISM）,成功找到能专一性合成高附加值D-阿洛酮糖的突变体RhaDP188F。并将半理性分子改造后的RhaD醛缩酶应用到构建的全细胞体系中,构建RhaDP188F+GPO全细胞体系,以DL-3-磷酸甘油为底物,D-甘油醛为受体定向合成D-阿洛酮糖。