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合成染料的石油資源日益匱乏及部分合成染料對環(huán)境、人體健康具有潛在危 害。植物色素以安全、環(huán)境友好、資源可再生等優(yōu)點(diǎn)受到人們的廣泛重視，其世 界年需求量以 20-30%的速度增加。美國、意大利、日本、印度、韓國等國家紛紛 開展了植物染料制備及其染色技術(shù)研究。但是，總?cè)丝诘脑黾印氖罗r(nóng)業(yè)勞動人 口以及土地資源的減少均使得專門種植植物染料作物以發(fā)展植物染料是不可行 的。為解決這些問題，江南大學(xué)紡織服裝學(xué)院生態(tài)纖維研究室長期致力于以資源 廣泛、不需專門種植的農(nóng)作物副產(chǎn)物在紡織品染色中的應(yīng)用研究，開發(fā)出高粱殼、 石榴皮、橘皮、葡萄籽、香蕉皮、石榴皮等植物染料的制備及其在毛織品、棉織 品等領(lǐng)域的染色關(guān)鍵技術(shù)。 2 關(guān)鍵技術(shù) 項(xiàng)目突破的關(guān)鍵技術(shù)：膜分離純化技術(shù)在植物染料制備中的應(yīng)用及其關(guān)鍵技 術(shù)；HPLC-MS 植物染料有效成分分析技術(shù)；采用物理化學(xué)吸附理論，研究了高粱 殼、石榴皮、橘皮、葡萄籽、香蕉皮、石榴皮等十多種植物染料（色素）對紡織 纖維的吸附理論及其相互作用，突破染色關(guān)鍵技術(shù)；基于天然色素的抗菌、抗紫 外等保健功能的生態(tài)紡織品制備技術(shù)。 3 知識產(chǎn)權(quán)及項(xiàng)目獲獎(jiǎng)情況 授權(quán)發(fā)明專利 4 項(xiàng)，申請 2 項(xiàng)；獲中國商業(yè)聯(lián)合會科技進(jìn)步一等獎(jiǎng). 4 項(xiàng)目成熟度 現(xiàn)處于試生產(chǎn)階段 5 投資期望及應(yīng)用情況（成果在行業(yè)的引領(lǐng)作用，成果在哪些地方推廣應(yīng)用） 已在工廠進(jìn)行了小批量生產(chǎn)，欲尋求合作，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。 

對我國95科331屬2834種（含種下分類單位）植物染色體數(shù)目進(jìn)行了報(bào)道，完成了1045種植物的核型分析。 通過對染色體基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的科學(xué)積累，對我國10種主要栽培植物的分類、起源、進(jìn)化提出了新的認(rèn)識，并新發(fā)現(xiàn)了191種具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的多倍體，確定我國木蘭科、竹亞科、蘋果屬、三脈紫菀、蘆葦為多倍體復(fù)合體。 首次報(bào)道了我國銀杏、蘆筍的性別機(jī)制為ZW型和XY型。發(fā)表論著255篇（部），被引用共1355次（含自引177次）。 出版了世界上第一部植物基因組染色體圖譜

哺乳動物基因組的廣泛轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生了大量的非編碼RNA，相比于細(xì)胞質(zhì)定位的蛋白編碼mRNA，這些非編碼RNA如長鏈非編碼RNA（lncRNA）、啟動子和增強(qiáng)子關(guān)聯(lián)的不穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄本（uaRNA、eRNA）等更傾向于結(jié)合染色質(zhì)參與調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)錄和RNA加工等過程。盡管零星報(bào)導(dǎo)少數(shù)RNA核滯留的現(xiàn)象，但為何大部分lncRNA會滯留于染色質(zhì)上行使調(diào)控功能，仍是個(gè)不解之謎。上世紀(jì)80年代初，Joan Steitz通過系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者血液抗體分離提取 U1,U2, U4, U5和U6小核糖核蛋白粒子（又稱為 snRNP），揭示了它們參與RNA剪接的經(jīng)典功能。近年來施一公團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)報(bào)導(dǎo)了真核生物剪切體的原子結(jié)構(gòu)和生化功能。然而，一直讓人困惑的是，細(xì)胞內(nèi)U1 snRNP的數(shù)量為什么比其它剪接相關(guān)snRNP高 2-5倍。雖然Gideon Dreyfuss和Phil Sharp等團(tuán)隊(duì)曾揭示U1 snRNP調(diào)控轉(zhuǎn)錄終止和方向的非經(jīng)典功能，U1 snRNP在細(xì)胞中的豐富存在仍然是一個(gè)讓人困惑的問題。為了探究lncRNA的染色質(zhì)結(jié)合機(jī)制，研究者首先建立和運(yùn)用一套新穎的mutREL-seq方法來高精度篩選調(diào)控RNA定位的關(guān)鍵序列，意外發(fā)現(xiàn)了U1 snRNP識別位點(diǎn)參與調(diào)控候選RNA的染色質(zhì)滯留。相比于蛋白編碼基因，lncRNA轉(zhuǎn)錄本含有更多的U1識別位點(diǎn)（同時(shí)也是潛在的5’剪接供體位點(diǎn)），而其基因組區(qū)域具有更少的3’剪接受體位點(diǎn)。并且U1 snRNP更高水平地結(jié)合在lncRNA上。隨后，研究者分別使用antisense morpholino oligos（AMO）和auxin-induced degron（AID）誘導(dǎo)蛋白降解系統(tǒng)，來抑制U1 snRNA和核心蛋白組分SNRNP70的功能。研究者發(fā)現(xiàn)小鼠胚胎干細(xì)胞中近一半的lncRNA受U1 snRNP調(diào)控。另外，與轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件關(guān)聯(lián)的不穩(wěn)定非編碼轉(zhuǎn)錄本如uaRNA、eRNA等，它們的染色質(zhì)結(jié)合在U1 snRNP抑制后也顯著下降。研究者進(jìn)一步證明了U1 snRNP直接調(diào)控成熟lncRNA與染色質(zhì)的結(jié)合，而不是通過影響RNA合成、加工或降解過程的動態(tài)變化所產(chǎn)生的間接影響。機(jī)制上，研究者鑒定了U1 snRNP在染色質(zhì)上的互作蛋白，發(fā)現(xiàn)U1 snRNP結(jié)合特定磷酸化狀態(tài)的RNA轉(zhuǎn)錄聚合酶II（Pol II）。轉(zhuǎn)錄抑制明顯降低了U1 snRNP及其所調(diào)控的非編碼RNA與染色質(zhì)的結(jié)合，表明U1 snRNP通過與磷酸化的Pol II互作來介導(dǎo)其互作RNA與染色質(zhì)的結(jié)合。最后，研究者通過以lncRNA Malat1為例，進(jìn)一步驗(yàn)證了U1 snRNP對其染色質(zhì)結(jié)合的調(diào)控作用。去除SNRNP70后，絕大部分Malat1 “核斑”定位信號消失，并彌散在核質(zhì)及細(xì)胞質(zhì)中。同時(shí)，Malat1在活躍表達(dá)基因染色質(zhì)區(qū)域的結(jié)合信號顯著下降，表明U1 snRNP不僅可以將Malat1滯留在染色質(zhì)上，同時(shí)也參與調(diào)控后者在染色質(zhì)上的移動及其與靶基因的結(jié)合。綜上，研究者提出如下模型（圖1）：5’和3’剪接位點(diǎn)在lncRNA上的不對稱分布，致使U1 snRNP持續(xù)結(jié)合在lncRNA轉(zhuǎn)錄本上，而不能通過RNA剪接過程釋放，從而介導(dǎo)了lncRNA的染色質(zhì)滯留。磷酸化Pol II進(jìn)一步介導(dǎo)了lncRNA-U1 snRNP復(fù)合體在染色質(zhì)上的移動（mobilization）。對于大多數(shù)低豐度、不穩(wěn)定的lncRNA，它們只能靶向結(jié)合鄰近的染色質(zhì)區(qū)域（順式cis作用）；而對于少數(shù)穩(wěn)定和高豐度的lncRNA，如Malat1，U1 snRNP促進(jìn)了其遷移和結(jié)合更多的靶基因區(qū)域（反式trans作用）。圖1. U1 snRNP介導(dǎo)非編碼RNA染色質(zhì)結(jié)合的模式圖。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2105-3

中試階段/n該項(xiàng)目能夠簡化水牛染色體核型程序，減低檢測成本和檢測時(shí)間，適合現(xiàn)代大規(guī)模奶水牛養(yǎng)殖場的應(yīng)用，顯著縮短雜交水牛改良的速度，提高雜交水牛的繁殖效率和產(chǎn)奶量，降低飼養(yǎng)成本。經(jīng)濟(jì)效益顯著。

超臨界二氧化碳對有機(jī)物的溶解性隨溶質(zhì)極性、分子量、密度等不同而不同，容易溶解非極性或極性弱、分子量小的有機(jī)物。分散染料一般分子極性弱，分子量也不大，因而易溶于超臨界二氧化碳。溶于超臨界二氧化碳的染料分子是雜亂分散的。因此在這種狀態(tài)下染色，染浴中的染料活潑，能快速到達(dá)纖維表面，接著能較容易地滲入到纖維內(nèi)部，從而達(dá)到染料上染纖維的目的。該項(xiàng)技術(shù)的原理在于氣體在超臨界狀態(tài)下形成的流體密度低，染料能自動溶解且具有較高的擴(kuò)散性；染料在超臨界二氧化碳中的溶解度隨著流體密度的增加而增加，由壓力和溫度來控制二氧化碳流體密度從而控制染料在超臨界二氧化碳流體中的溶解度；提高溫度來降低流體的密度和染料在溶液中的數(shù)目，促進(jìn)染料擴(kuò)散到纖維中去。因此該系統(tǒng)控制參數(shù)可比常規(guī)水相工藝較為快速的進(jìn)行調(diào)節(jié)。該工藝無需助劑，二氧化碳無毒，可循環(huán)使用；殘留的染料可以粉末狀態(tài)回收，無廢水和廢棄物，無需染色后處理和染后烘燥，可節(jié)能?0%左右。該工藝染色速度比傳統(tǒng)工藝快好幾倍，染色效率高。

該研究利用兩個(gè)不同品系小鼠雜交獲得雜交小鼠，構(gòu)建雜交小鼠父本與母本的Hi-C、ChIP-seq、RNA-seq等組學(xué)數(shù)據(jù)。根據(jù)雜交小鼠的多態(tài)位點(diǎn)和小鼠品系特異基因型把雜交小鼠組學(xué)數(shù)據(jù)分成父本來源基因組和母本來源基因組，這樣就可以在單倍型水平構(gòu)建三維基因組和研究基因調(diào)控。分析表明，同源染色體具有高度相似的相互作用模式，這種相互作用模式的相似性與其等位基因的共表達(dá)水平高度相關(guān)。

農(nóng)村經(jīng)濟(jì)作物種植和配套加工產(chǎn)業(yè)在促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的廢棄物，如蓮蓬殼、板栗殼、板藍(lán)根莖葉、梔子果等，此類廢棄物特別之處在于蘊(yùn)含著色彩豐富的天然植物色素和易轉(zhuǎn)化為多孔性生物炭的生物質(zhì)材料。傳統(tǒng)的堆置焚燒低值處理浪費(fèi)資源且污染環(huán)境。當(dāng)前，染料工業(yè)與印染行業(yè)都面臨著巨大的環(huán)保壓力。如何實(shí)現(xiàn)廢棄資源高值化利用和有害物減排，順應(yīng)綠色發(fā)展和無廢社會的戰(zhàn)略需求，也是我國相關(guān)領(lǐng)域一直面臨的關(guān)鍵難題。 天然植物染料技術(shù)符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，依靠農(nóng)業(yè)推動工業(yè)，完成資源高效利用，實(shí)現(xiàn)循環(huán)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。陳群書記、紀(jì)俊玲教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)率先開展了“農(nóng)林生物質(zhì)廢棄物提取植物色素關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”等方面的基礎(chǔ)研究及技術(shù)開發(fā)，相繼承擔(dān)了國家、江蘇省、常州市等近10個(gè)縱橫向項(xiàng)目，取得了豐富的工作積累及創(chuàng)新成果。 本項(xiàng)目針對農(nóng)村經(jīng)濟(jì)作物廢棄物高值化瓶頸問題，提出了“因物而為”高效資源化利用新思路，針對農(nóng)村經(jīng)濟(jì)作物及廢棄物發(fā)明了長間隔臂大孔強(qiáng)堿性樹脂吸附劑，開發(fā)了低溫超聲高效分離-移動床吸附純化技術(shù)，首次得到性能穩(wěn)定的商品化植物染料粉體；提出植物染料微結(jié)構(gòu)調(diào)控新方法，開發(fā)了全品類植物染料染色的生態(tài)紡織品，發(fā)明了提取殘?jiān)咝Фㄏ驘峤鈱Ｓ醚b備，開發(fā)了生物炭功能元素高值化利用新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了殘?jiān)鼰o害化處理和高效循環(huán)利用。本項(xiàng)目成功研發(fā)并擁有從農(nóng)村經(jīng)濟(jì)作物廢棄物提取植物染料、制備生物炭緩釋肥及其應(yīng)用的成套自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了植物染料、植物染紡織品、生物炭緩釋肥等系列高值化綠色產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn)，成功實(shí)施了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)作物廢棄物綜合循環(huán)利用技術(shù)。 本項(xiàng)目開發(fā)的天然植物染料已獲得國際上規(guī)模最大的工業(yè)與消費(fèi)產(chǎn)品檢驗(yàn)ITS檢測認(rèn)證；植物染料、染色紡織品在全球范圍內(nèi)具有廣泛公信力的SGS報(bào)告中，獲得I類紡織品認(rèn)證；天然植物染料在收獲→原材料→加工→最終產(chǎn)品過程中，所有投入物在毒性和生物降解能力方面滿足GOTS國際紡織品有機(jī)綠色認(rèn)證。本項(xiàng)目共獲授權(quán)發(fā)明專利30件，牽頭起草中國首個(gè)紡織用植物染料標(biāo)準(zhǔn)—團(tuán)訂標(biāo)準(zhǔn)T/CTES 1007-2018《紡織用植物染料 靛藍(lán)》（已公布），技術(shù)成果在全國15家企業(yè)推廣應(yīng)用，累計(jì)處理量超過25萬噸，開發(fā)植物染料20種。相關(guān)技術(shù)獲2019年江蘇省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，“紡織之光”中國紡織聯(lián)合會科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

2020年4月14日，同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院高紹榮團(tuán)隊(duì)與江賜忠團(tuán)隊(duì)在《Nature Communications》雜志在線發(fā)表了題為“Chromatin architecture reorganization in murine somatic cell nuclear transfer embryos”的研究成果。他們采用了經(jīng)過優(yōu)化的少量細(xì)胞全基因組染色質(zhì)構(gòu)象捕獲技術(shù)（sisHi-C），對小鼠SCNT胚胎發(fā)育過程進(jìn)行連續(xù)采樣，并詳細(xì)描繪了SCNT植入前胚胎染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化過程。體細(xì)胞核移植（SCNT）技術(shù)是將已經(jīng)分化的體細(xì)胞移入去核卵母細(xì)胞內(nèi)，使體細(xì)胞的染色質(zhì)發(fā)生重編程，繼而重啟胚胎發(fā)育過程并獲得完整個(gè)體的技術(shù)。雖然SCNT是目前為止唯一一種可以使體細(xì)胞獲得完整全能性的手段，但是由于在重編程過程中出現(xiàn)了各種表觀遺傳水平修飾的異常，使得SCNT胚胎的發(fā)育能力處于較低水平，也極大程度地限制了該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用前景。高紹榮教授團(tuán)隊(duì)長期致力于小鼠SCNT胚胎發(fā)育異常原因的探索。2016年通過對早期克隆胚胎進(jìn)行卵裂球活檢，并結(jié)合單細(xì)胞RNA測序技術(shù)首次建立了植入前核移植胚胎發(fā)育命運(yùn)追蹤系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)了組蛋白去甲基化酶Kdm4b和Kdm5b分別對克隆胚胎2-細(xì)胞和4-細(xì)胞時(shí)期的發(fā)育阻滯起到關(guān)鍵作用。兩年后，又通過對不同發(fā)育命運(yùn)體細(xì)胞克隆胚胎進(jìn)行全基因組DNA甲基化高通量測序分析，詳細(xì)地研究了小鼠克隆胚胎著床前發(fā)育過程中DNA甲基化修飾的重編程過程，并揭示了異常的DNA再甲基化（DNA re-methylation）是導(dǎo)致克隆胚胎著床后發(fā)育異常的關(guān)鍵因素。在哺乳動物中，染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)對基因的調(diào)控起著非常重要的作用。但是，受制于小鼠SCNT胚胎樣本取材困難和Hi-C技術(shù)對細(xì)胞樣本起始量高的限制，小鼠SCNT植入前胚胎發(fā)育過程中染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化過程尚未被全面研究過。在本研究中，研究人員收集了核移植后多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的胚胎并利用優(yōu)化的微量細(xì)胞sisHi-C技術(shù)對染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)進(jìn)行了檢測，通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在體細(xì)胞核被注射到去核的卵細(xì)胞后，隨著典型三維染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的消解，供核體細(xì)胞染色質(zhì)的近距離相互作用優(yōu)先解開，并迅速由間期轉(zhuǎn)化為類中期狀態(tài)。在這期間出現(xiàn)了一個(gè)非常有趣的現(xiàn)象，當(dāng)供體細(xì)胞在去核卵母細(xì)胞中被人工激活1個(gè)小時(shí)后，基因組經(jīng)歷了從類有絲分裂中期向類第二次減數(shù)分裂中期的轉(zhuǎn)變。圖1. SCNT胚胎基因組在短時(shí)間內(nèi)由有絲分裂類中期轉(zhuǎn)變?yōu)闇p數(shù)分裂類中期 在SCNT胚胎發(fā)育6小時(shí)進(jìn)入類原核期（對應(yīng)正常受精胚胎PN3時(shí)期）后，重新出現(xiàn)了較弱的區(qū)室結(jié)構(gòu)和拓?fù)湎嚓P(guān)結(jié)構(gòu)域（TADs）信號，這很可能是再次退出中期的結(jié)果。隨后，TADs信號在一細(xì)胞晚期逐漸減弱，直到2細(xì)胞早期降到最低值，在2細(xì)胞晚期到8細(xì)胞卵裂期逐步重新建立，直到囊胚期成熟（圖2）。圖2. SCNT胚胎發(fā)育各個(gè)階段的TAD強(qiáng)弱變化隨后研究人員將小鼠SCNT與正常受精胚胎發(fā)育sisHi-C公共數(shù)據(jù)集進(jìn)行比較分析后發(fā)現(xiàn)，SCNT胚胎在2細(xì)胞期的遠(yuǎn)距離（>2 Mb）相互作用較正常受精胚胎明顯降低。同時(shí)，早期（2到8細(xì)胞期）受精胚胎與SCNT胚胎的區(qū)室結(jié)構(gòu)及TADs也存在著明顯的差異。前期的很多研究表面小鼠SCNT胚胎在合子基因組激活（ZGA）時(shí)期有大量的基因未能被正常激活。于是，研究人員想到染色質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的異常是否會導(dǎo)致增強(qiáng)子與啟動子之間的相互作用無法成功建立？結(jié)果表明，在小鼠正常受精卵的ZGA時(shí)期的關(guān)鍵基因Zscan4d的啟動子與上游的超級增強(qiáng)子有著強(qiáng)烈的相互作用，而這種互作卻無法在SCNT胚胎中被觀察到（圖3）。這類基因的激活異常很可能就是SCNT胚胎發(fā)育能力低下的原因之一。那么，造成染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的異常的原因究竟是什么呢？研究人員證實(shí)這是由于供體細(xì)胞基因組中持續(xù)存在的組蛋白H3K9me3修飾無法被正常擦除造成的。通過在SCNT胚胎中過量表達(dá)組蛋白去甲基化酶Kdm4d來降低H3K9me3修飾水平， SCNT胚胎的染色質(zhì)空間構(gòu)象會趨向正常受精胚胎，且Zscan4d的啟動子與超級增強(qiáng)子的互作也得到了部分的修復(fù)（圖3）。這說明H3K9me3修飾是核移植胚胎中染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)重編程的重要障礙，也證實(shí)了在胚胎基因表達(dá)調(diào)控過程中組蛋白修飾和染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用。圖3. SE-P互作異常影響ZGA相關(guān)基因表達(dá)，并能被過量表達(dá)Kdm4d部分糾正綜上，這項(xiàng)研究對小鼠SCNT胚胎發(fā)育過程中的染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)重塑進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，這也為今后進(jìn)一步糾正SCNT胚胎發(fā)育過程中的表觀遺傳屏障提供了新的思路。圖4 本研究的模式圖同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士研究生陳墨、朱乾書和李翀副研究員為本文共同第一作者，高紹榮教授、江賜忠教授和劉曉雨研究員為本文共同通訊作者。該研究得到了科技部、基金委和上海市科委項(xiàng)目的支持。