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電泳裝置是醫學科學研究與實驗教學中使用頻率最高的儀器之一。研究、開發新型電泳凝膠染色、脫色與移動裝置，有利于改進我國生物大分子研究的實驗裝備和教學儀器，對于核酸、蛋白質等重要生物大分子的分析以及生物、醫藥、食品、化學等產業的發展均具有一定的積極意義。本項目研制了一種集安全性、簡便性、實用性、通用性、經濟性于一體的新型電泳凝膠染色、脫色與移動裝置，并將其運用到醫學研究生實驗教學與科研中，取得了良好的效果。本裝置由染色盒、脫色盒（內設膠鏟支架）和鏤空結構的電泳膠鏟組成，可用于核酸、蛋白質、酶、糖等多種生物大分子的電泳實驗，適合于含有溴化乙錠、考馬斯亮藍、甲苯胺藍等染料的染色液和脫色液，適合于不同支持介質和不同尺寸電泳凝膠的染色、脫色、固定、透明等過程。本發明在我校醫學研究生教學中的應用取得了顯著成效，極大地促進醫學教學科研工作。

合成染料的石油資源日益匱乏及部分合成染料對環境、人體健康具有潛在危 害。植物色素以安全、環境友好、資源可再生等優點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研究。但是，總人口的增加、從事農業勞動人 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展植物染料是不可行 的。為解決這些問題，江南大學紡織服裝學院生態纖維研究室長期致力于以資源 廣泛、不需專門種植的農作物副產物在紡織品染色中的應用研究，開發出高粱殼、 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 品等領域的染色關鍵技術。 2 關鍵技術 項目突破的關鍵技術：膜分離純化技術在植物染料制備中的應用及其關鍵技 術；HPLC-MS 植物染料有效成分分析技術；采用物理化學吸附理論，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，突破染色關鍵技術；基于天然色素的抗菌、抗紫 外等保健功能的生態紡織品制備技術。 3 知識產權及項目獲獎情況 授權發明專利 4 項，申請 2 項；獲中國商業聯合會科技進步一等獎. 4 項目成熟度 現處于試生產階段 5 投資期望及應用情況（成果在行業的引領作用，成果在哪些地方推廣應用） 已在工廠進行了小批量生產，欲尋求合作，進行產業化開發。 

對我國95科331屬2834種（含種下分類單位）植物染色體數目進行了報道，完成了1045種植物的核型分析。 通過對染色體基礎數據的科學積累，對我國10種主要栽培植物的分類、起源、進化提出了新的認識，并新發現了191種具有重要經濟價值的多倍體，確定我國木蘭科、竹亞科、蘋果屬、三脈紫菀、蘆葦為多倍體復合體。 首次報道了我國銀杏、蘆筍的性別機制為ZW型和XY型。發表論著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錄產生了大量的非編碼RNA，相比于細胞質定位的蛋白編碼mRNA，這些非編碼RNA如長鏈非編碼RNA（lncRNA）、啟動子和增強子關聯的不穩定轉錄本（uaRNA、eRNA）等更傾向于結合染色質參與調控染色質結構、轉錄和RNA加工等過程。盡管零星報導少數RNA核滯留的現象，但為何大部分lncRNA會滯留于染色質上行使調控功能，仍是個不解之謎。上世紀80年代初，Joan Steitz通過系統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剪接的經典功能。近年來施一公團隊系統報導了真核生物剪切體的原子結構和生化功能。然而，一直讓人困惑的是，細胞內U1 snRNP的數量為什么比其它剪接相關snRNP高 2-5倍。雖然Gideon Dreyfuss和Phil Sharp等團隊曾揭示U1 snRNP調控轉錄終止和方向的非經典功能，U1 snRNP在細胞中的豐富存在仍然是一個讓人困惑的問題。為了探究lncRNA的染色質結合機制，研究者首先建立和運用一套新穎的mutREL-seq方法來高精度篩選調控RNA定位的關鍵序列，意外發現了U1 snRNP識別位點參與調控候選RNA的染色質滯留。相比于蛋白編碼基因，lncRNA轉錄本含有更多的U1識別位點（同時也是潛在的5’剪接供體位點），而其基因組區域具有更少的3’剪接受體位點。并且U1 snRNP更高水平地結合在lncRNA上。隨后，研究者分別使用antisense morpholino oligos（AMO）和auxin-induced degron（AID）誘導蛋白降解系統，來抑制U1 snRNA和核心蛋白組分SNRNP70的功能。研究者發現小鼠胚胎干細胞中近一半的lncRNA受U1 snRNP調控。另外，與轉錄調控元件關聯的不穩定非編碼轉錄本如uaRNA、eRNA等，它們的染色質結合在U1 snRNP抑制后也顯著下降。研究者進一步證明了U1 snRNP直接調控成熟lncRNA與染色質的結合，而不是通過影響RNA合成、加工或降解過程的動態變化所產生的間接影響。機制上，研究者鑒定了U1 snRNP在染色質上的互作蛋白，發現U1 snRNP結合特定磷酸化狀態的RNA轉錄聚合酶II（Pol II）。轉錄抑制明顯降低了U1 snRNP及其所調控的非編碼RNA與染色質的結合，表明U1 snRNP通過與磷酸化的Pol II互作來介導其互作RNA與染色質的結合。最后，研究者通過以lncRNA Malat1為例，進一步驗證了U1 snRNP對其染色質結合的調控作用。去除SNRNP70后，絕大部分Malat1 “核斑”定位信號消失，并彌散在核質及細胞質中。同時，Malat1在活躍表達基因染色質區域的結合信號顯著下降，表明U1 snRNP不僅可以將Malat1滯留在染色質上，同時也參與調控后者在染色質上的移動及其與靶基因的結合。綜上，研究者提出如下模型（圖1）：5’和3’剪接位點在lncRNA上的不對稱分布，致使U1 snRNP持續結合在lncRNA轉錄本上，而不能通過RNA剪接過程釋放，從而介導了lncRNA的染色質滯留。磷酸化Pol II進一步介導了lncRNA-U1 snRNP復合體在染色質上的移動（mobilization）。對于大多數低豐度、不穩定的lncRNA，它們只能靶向結合鄰近的染色質區域（順式cis作用）；而對于少數穩定和高豐度的lncRNA，如Malat1，U1 snRNP促進了其遷移和結合更多的靶基因區域（反式trans作用）。圖1. U1 snRNP介導非編碼RNA染色質結合的模式圖。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2105-3

超臨界二氧化碳對有機物的溶解性隨溶質極性、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。因此在這種狀態下染色，染浴中的染料活潑，能快速到達纖維表面，接著能較容易地滲入到纖維內部，從而達到染料上染纖維的目的。該項技術的原理在于氣體在超臨界狀態下形成的流體密度低，染料能自動溶解且具有較高的擴散性；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目，促進染料擴散到纖維中去。因此該系統控制參數可比常規水相工藝較為快速的進行調節。該工藝無需助劑，二氧化碳無毒，可循環使用；殘留的染料可以粉末狀態回收，無廢水和廢棄物，無需染色后處理和染后烘燥，可節能?0%左右。該工藝染色速度比傳統工藝快好幾倍，染色效率高。

該研究利用兩個不同品系小鼠雜交獲得雜交小鼠，構建雜交小鼠父本與母本的Hi-C、ChIP-seq、RNA-seq等組學數據。根據雜交小鼠的多態位點和小鼠品系特異基因型把雜交小鼠組學數據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建三維基因組和研究基因調控。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水平高度相關。

農村經濟作物種植和配套加工產業在促進農村經濟快速發展的同時，也產生了大量的廢棄物，如蓮蓬殼、板栗殼、板藍根莖葉、梔子果等，此類廢棄物特別之處在于蘊含著色彩豐富的天然植物色素和易轉化為多孔性生物炭的生物質材料。傳統的堆置焚燒低值處理浪費資源且污染環境。當前，染料工業與印染行業都面臨著巨大的環保壓力。如何實現廢棄資源高值化利用和有害物減排，順應綠色發展和無廢社會的戰略需求，也是我國相關領域一直面臨的關鍵難題。 天然植物染料技術符合產業發展趨勢，依靠農業推動工業，完成資源高效利用，實現循環發展和產業轉型升級。陳群書記、紀俊玲教授帶領團隊在國內率先開展了“農林生物質廢棄物提取植物色素關鍵技術研究與應用”等方面的基礎研究及技術開發，相繼承擔了國家、江蘇省、常州市等近10個縱橫向項目，取得了豐富的工作積累及創新成果。 本項目針對農村經濟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，針對農村經濟作物及廢棄物發明了長間隔臂大孔強堿性樹脂吸附劑，開發了低溫超聲高效分離-移動床吸附純化技術，首次得到性能穩定的商品化植物染料粉體；提出植物染料微結構調控新方法，開發了全品類植物染料染色的生態紡織品，發明了提取殘渣高效定向熱解專用裝備，開發了生物炭功能元素高值化利用新技術，實現了殘渣無害化處理和高效循環利用。本項目成功研發并擁有從農村經濟作物廢棄物提取植物染料、制備生物炭緩釋肥及其應用的成套自主知識產權技術，實現了植物染料、植物染紡織品、生物炭緩釋肥等系列高值化綠色產品的穩定生產，成功實施了農村經濟作物廢棄物綜合循環利用技術。 本項目開發的天然植物染料已獲得國際上規模最大的工業與消費產品檢驗ITS檢測認證；植物染料、染色紡織品在全球范圍內具有廣泛公信力的SGS報告中，獲得I類紡織品認證；天然植物染料在收獲→原材料→加工→最終產品過程中，所有投入物在毒性和生物降解能力方面滿足GOTS國際紡織品有機綠色認證。本項目共獲授權發明專利30件，牽頭起草中國首個紡織用植物染料標準—團訂標準T/CTES 1007-2018《紡織用植物染料 靛藍》（已公布），技術成果在全國15家企業推廣應用，累計處理量超過25萬噸，開發植物染料20種。相關技術獲2019年江蘇省科學技術獎一等獎，“紡織之光”中國紡織聯合會科技進步二等獎。

2020年4月14日，同濟大學生命科學與技術學院高紹榮團隊與江賜忠團隊在《Nature Communications》雜志在線發表了題為“Chromatin architecture reorganization in murine somatic cell nuclear transfer embryos”的研究成果。他們采用了經過優化的少量細胞全基因組染色質構象捕獲技術（sisHi-C），對小鼠SCNT胚胎發育過程進行連續采樣，并詳細描繪了SCNT植入前胚胎染色質高級結構的動態變化過程。體細胞核移植（SCNT）技術是將已經分化的體細胞移入去核卵母細胞內，使體細胞的染色質發生重編程，繼而重啟胚胎發育過程并獲得完整個體的技術。雖然SCNT是目前為止唯一一種可以使體細胞獲得完整全能性的手段，但是由于在重編程過程中出現了各種表觀遺傳水平修飾的異常，使得SCNT胚胎的發育能力處于較低水平，也極大程度地限制了該項技術的應用前景。高紹榮教授團隊長期致力于小鼠SCNT胚胎發育異常原因的探索。2016年通過對早期克隆胚胎進行卵裂球活檢，并結合單細胞RNA測序技術首次建立了植入前核移植胚胎發育命運追蹤系統，發現了組蛋白去甲基化酶Kdm4b和Kdm5b分別對克隆胚胎2-細胞和4-細胞時期的發育阻滯起到關鍵作用。兩年后，又通過對不同發育命運體細胞克隆胚胎進行全基因組DNA甲基化高通量測序分析，詳細地研究了小鼠克隆胚胎著床前發育過程中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）是導致克隆胚胎著床后發育異常的關鍵因素。在哺乳動物中，染色質三維結構對基因的調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技術對細胞樣本起始量高的限制，小鼠SCNT植入前胚胎發育過程中染色質三維結構的動態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時間點的胚胎并利用優化的微量細胞sisHi-C技術對染色質高級結構進行了檢測，通過數據分析發現，在體細胞核被注射到去核的卵細胞后，隨著典型三維染色質結構的消解，供核體細胞染色質的近距離相互作用優先解開，并迅速由間期轉化為類中期狀態。在這期間出現了一個非常有趣的現象，當供體細胞在去核卵母細胞中被人工激活1個小時后，基因組經歷了從類有絲分裂中期向類第二次減數分裂中期的轉變。圖1. SCNT胚胎基因組在短時間內由有絲分裂類中期轉變為減數分裂類中期 在SCNT胚胎發育6小時進入類原核期（對應正常受精胚胎PN3時期）后，重新出現了較弱的區室結構和拓撲相關結構域（TADs）信號，這很可能是再次退出中期的結果。隨后，TADs信號在一細胞晚期逐漸減弱，直到2細胞早期降到最低值，在2細胞晚期到8細胞卵裂期逐步重新建立，直到囊胚期成熟（圖2）。圖2. SCNT胚胎發育各個階段的TAD強弱變化隨后研究人員將小鼠SCNT與正常受精胚胎發育sisHi-C公共數據集進行比較分析后發現，SCNT胚胎在2細胞期的遠距離（>2 Mb）相互作用較正常受精胚胎明顯降低。同時，早期（2到8細胞期）受精胚胎與SCNT胚胎的區室結構及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空間結構的異常是否會導致增強子與啟動子之間的相互作用無法成功建立？結果表明，在小鼠正常受精卵的ZGA時期的關鍵基因Zscan4d的啟動子與上游的超級增強子有著強烈的相互作用，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胚胎發育能力低下的原因之一。那么，造成染色質高級結構的異常的原因究竟是什么呢？研究人員證實這是由于供體細胞基因組中持續存在的組蛋白H3K9me3修飾無法被正常擦除造成的。通過在SCNT胚胎中過量表達組蛋白去甲基化酶Kdm4d來降低H3K9me3修飾水平， SCNT胚胎的染色質空間構象會趨向正常受精胚胎，且Zscan4d的啟動子與超級增強子的互作也得到了部分的修復（圖3）。這說明H3K9me3修飾是核移植胚胎中染色質高級結構重編程的重要障礙，也證實了在胚胎基因表達調控過程中組蛋白修飾和染色質高級結構的協同作用。圖3. SE-P互作異常影響ZGA相關基因表達，并能被過量表達Kdm4d部分糾正綜上，這項研究對小鼠SCNT胚胎發育過程中的染色質三維結構重塑進行了系統的研究，這也為今后進一步糾正SCNT胚胎發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大學生命科學與技術學院博士研究生陳墨、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目的支持。