 一、棉纺织业化学染色危害与天然彩色棉花研究意义 1.棉纺织业化学染色的危害 健康威胁：传统化学染色要用超 300 种化学物质，成品残留的偶氮染料、甲醛等有致癌性，像会增加白血病风险，长期接触还易引发皮肤过敏、呼吸疾病。 环境污染：印染废水是我国第三大工业污染源，含大量有毒物质，处理难，会造成水体富营养化、土壤重金属积累和生物多样性受损。化学染料生产和使用中释放的 VOCs，会加重空气污染。 2.天然彩色棉花研究的意义 环保价值：彩棉无需漂白与化学染色，从种植到成衣“零污染”，化学物质使用减少超 90% ，大幅降低纺织业碳足迹。 健康优势：天然色素无化学染料残留，符合国际环保标准，适合开发婴幼儿、敏感肌人群的纺织品。 经济潜力：彩棉制品价格是普通棉的 3 - 5 倍，能推动农业结构升级，促进高附加值纺织产品出口。 二、天然绿色棉花色素合成机制研究 绿色色素提取鉴定：运用化学方法分离提取绿色棉花中的绿色成分，通过质谱鉴定其化合物。 代谢组学分析：识别绿色棉纤维里的色素前体，像叶绿素衍生物、类黄酮等，对比白棉找出差异代谢物。 基因调控探索：借助转录组测序找出色素合成关键基因，比如查尔酮合成酶、MYB 转录因子，验证其在纤维发育时的时空表达模式。 环境影响研究：探究光照、温度等环境因素对色素代谢通路的作用，剖析绿色素稳定性差的分子原因。 三、遗传改良方向 基因编辑优化：利用 CRISPR/Cas9 技术编辑色素合成关键基因，提高绿色棉纤维色泽均匀度和牢度。 培育优质品种：融合传统育种与合成生物学思路，培育稳定性强、纤维品质好的绿色棉新品种。 酪氨酸，苯丙氨酸和色氨酸是植物体内的三种芳香族氨基酸。这三种氨基酸不仅仅是蛋白质合成所必不可少的基本组成单元，也是种类繁多的次生代谢物和一些植物激素的前体。为深入解析芳香族氨基酸的合成与代谢途径，我们前期利用拟南芥中芳香族氨基酸合成缺陷突变体（adh2）进行EMS诱变，利用正向遗传学筛选，选得到了若干生长发育表型（部分）恢复的突变体（soa）。我们对其中一个突变体（soa1）进行研究，发现一个参与芳香族氨基酸代谢的氨基转移酶VAS1。VAS1定位于细胞质中，利用芳香族氨基酸的氨基，来合成一类新的代谢物—3-羧基苯丙氨酸/酪氨酸。此外，VAS1在细胞质中还可以合成芳香族氨基酸（Phe，Tyr，Trp），从而维持芳香族氨基酸的稳态（Science Advances，2023）。我们还研究了另一个突变体（soa2），鉴定到了参与芳香族氨基酸合成的新成员PGD2，PGD2是连接氧化磷酸戊糖途径与莽草酸途径的桥梁。磷酸戊糖途径通过提供还原力的方式，来促进莽草酸途径的固碳过程（SCIENCE CHINA Life Sciences，2024）。此外，我们还发现了其中一个soa突变体包含莽草酸途径关键酶DHS点突变。已被Hiroshi A. Maeda课题组证实该点突变可以降低DHS受到芳香族氨基酸及其衍生物的反馈抑制而不改变其自身功能，携带该点突变的植株可以积累芳香族氨基酸，且二氧化碳的净同化量增加30%（Science Advances，2022）。后续我们将继续在前期建立的氨基酸合成的正向遗传学筛选体系的基础上，挖掘更多参与芳香族氨基酸合成与代谢途径的基因以及可能的通路途径。  |