研究队伍
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姓  名:
赵方庆
学  科:
基因组学和计算生物学
联系电话:
010-84504172
电子邮件:
zhfq@biols.ac.cn
通讯地址:
北京市朝阳区北辰西路1号院5号 100101
更多信息:
  
简历:

赵方庆,博士,中国科学院北京生命科学研究院“百人计划”研究员、中国科学院大学岗位教授、优青基金获得者。2006年在中国科学院海洋研究所获博士学位,研究方向为海洋微藻的进化基因组学,在此期间获中国科学院院长特别奖和国家海洋科学技术奖一等奖。2006年7月至2010年12月在美国宾州州立大学比较基因组学和生物信息学研究中心,从事计算生物学和基因组学研究工作。2011年被中国科学院北京生命科学研究院聘为“百人计划”研究员。现任中科院北京生科院科研部副主任、技术平台部主任、计算生物学联合研究中心秘书长、中国生物工程学会计算生物学与生物信息学专业委员会副主任。在国际SCI刊物Briefings in BioinformaticsGenomicsProteomics & Bioinformatics、BMC Evolutionary Biology和Hereditas等杂志担任编委。近5年,先后主持国家自然科学基金6项(青年、面上、培育、重点和优青)、国家重点研发计划课题1项、国防科技创新特区课题1项、中国科学院“科技创新交叉与合作团队”项目1项和中科院院长特别奖基金1项等。近年来,围绕着“计算基因学”研究方向,建立了一系列原创性的生物信息学算法和工具,并在环形非编码RNA和微生物组领域取得重要进展。以通讯作者在Nature Communications、Genome Biology、Trends in Genetics、Current Biology和Nucleic Acids Res 等国际学术刊物上发表通讯作者研究论文近30篇,平均影响因子超过8;研究论文总引用次数超过3400次,H-index 31,其中多篇论文入选ESI高被引论文;参与编写中英文专著4部。

研究领域:

    1.基因组变异与精准医学 
    遗传变异不仅是人类表型变化的基础,也是疾病易感性的基础。根据发生突变的碱基数目,遗传变异可分为单核苷酸多态性(SNP)和结构变异。SNP和串联重复序列曾被认为是人类遗传变异最主要的形式,但最新的研究表明基因组结构变异广泛存在于健康和病患人体中,影响着基因的表达和表型的变化,甚至引发疾病或增加复杂性状疾病的发病风险。近年来,以基因组测序为核心技术的精准医学研究成为大家关注的热点,基因突变信息的识别是精准医学的核心关键技术。然而,目前对海量基因组数据中遗传变异,尤其是结构变异的挖掘算法远未成熟。 
    我们重点关注基因组结构变异挖掘中的关键性问题(如结构变异中断点的精准定位、重复序列区域附近的结构变异识别等),提出新的计算方法,建立较为完善的统计学模型及质量评估标准,以便快速、准确的从海量数据中挖掘出基因组结构变异。随着高通量测序技术的进步以及越来越多的个人基因组数据的出现,深度挖掘和分析其中的遗传变异,将对我们深入理解复杂性状疾病的分子机制、鉴定易感基因和认识遗传变异和疾病表型的关系具有重要意义。
    2.环形非编码RNA组学 
    近年来,环形RNA(circular RNAs)成为非编码RNA领域一个新的研究热点。与现有的线性非编码RNA分子不同,环形RNA是一类由线性RNA通过3’,5’-磷酸二酯键将两端相连而形成的RNA环状分子。然而由于计算方法及研究手段的限制,目前只发现少部分环形RNA并且绝大多数无法了解其功能。尤其是目前对更多环形RNA功能的探知和验证仍需要更多新颖的理论假说和大量的实验验证。但在此之前,能否从海量的RNA测序数据中高效识别环形RNA及其不同形式的转录本,成为后续功能验证及表达调控机制研究的重要前提。 
    我们针对环形RNA研究中的关键计算生物学问题开展研究,建立新的环形剪接位点预测工具(CIRI)。借助于CIRI,我们发现来源于内含子和基因间区的环形RNA约占所有环形RNA的12-20%。我们还发现及实验证实了仅在环形RNA中表达的片段(ICFs,intronic/intergenic circRNA fragments),并对其特征进行了描述。这些ICF的存在,提示环形RNA不仅仅是线性转录产物的副产物,而是作为一种非编码RNA,与编码RNA有着不同的形成机制。我们结合断点识别和最大似然估计算法,实现对各可变剪接丰度的准确估计以及全长序列组装与重建,为后续研究环形RNA的形成及可变剪接机制提供了重要的方法学工具。 
   3.宏基因组技术与人体健康 
    微生物广泛存在于各种生态环境中,与我们的生产、生活及自身健康密切相关。基于高通量测序的宏基因组学技术,已成为研究微生物群落组成、结构及功能最主要的技术手段。然而受高通量测序技术的限制,宏基因组研究中所利用的实验技术和计算方法遇到了很多困难。如何对缺乏参考序列的海量混合测序片段进行拼接和组装,这是所有宏基因组学研究面临的首要问题。此外,相对于研究基础较多的人体微生物组,新环境下宏基因组的研究更缺乏有效的实验和计算手段。 
    我们针对宏基因组研究的关键问题,重点开发基于单细胞测序技术的宏基因组拼接、序列归类和注释等方面的算法和工具。利用功能基因组学和代谢组学技术,研究人体口腔和肠道微生物组,揭示不同病理条件下微生物群落结构的组成、代谢功能及其变化规律。整合基因组学、计算生物学和系统生物学的研究手段,了解人类健康、生物被膜形成机制以及宿主与致病菌的相互作用等科学问题。

代表论著:
  1. Gao Y & Zhao F*. Computational approaches for exploring circular RNAs. Trends in Genetics, 2018, DOI:10.1016/j.tig.2017.12.016
  2. Ji P, Zhang Y, Wang J & Zhao F*. MetaSort untangles metagneome assembly by reducing microbial community complexity. Nature Communications, 2017, 8:14306.
  3. Gao Y, Zhang J & Zhao F*. Circular RNA identification based on multiple seed matching. Briefings in Bioinformatics 2017, DOI: 10.1093/bib/bbx014.
  4. Teng H, Zhang Y, Shi C, Mao F, Cai W, Lu L, Zhao F*, Sun Z* & Zhang J*. Population genomics reveals speciation and introgression between Brown Norway rats and their sibling species. Molecular Biology Evolution 2017, 34(9):2214-2228.
  5. Shi W, Ji P & Zhao F*. The combination of direct and paired link graphs boosts repetitive genome assembly. Nucleic Acids Res 2017, 45 (6): e43.
  6. Peng G, Ji P & Zhao F*. A novel codon-based de Bruijn graph algorithm for gene construction from unassembled transcriptomes. Genome Biology 2016, 17:232.
  7. Gao Y, Wang J, Zheng Y, Zhang J, Chen S & Zhao F*. Comprehensive identification of internal structure and alternative splicing events in circular RNAs. Nature Communications 2016, 7:12060.
  8. Zhang Y, Ji P, Wang J & Zhao F*. RiboFR-Seq: a novel approach to linking 16S rRNA amplicon profiles to metagenomes. Nucleic Acids Res. 2016, 44:e99.
  9. Zhang Z, Xu D, Wang L, Hao J, Wang J, Zhou X, Wang W, Qiu Q, Huang X, Zhou J, Long R*, Zhao F* & Shi P*. Convergent evolution of rumen microbiomes in high-altitude mammals. Current Biology, 2016, 26(14): 1873-1879.
  10. Wang J, Gao Y & Zhao F*. Phage-bacteria interaction network in human oral microbiome.  Environmental Microbiology. 2016, 18(7):2143-2158.
  11. Gao Y, Wang J & Zhao F*. CIRI: an efficient and unbiased algorithm for de novo circular RNA identification. Genome Biology. 2015, 16:4.
  12. Zhao H & Zhao F*. BreakSeek: a breakpoint-based algorithm for full spectral range INDEL detection. Nucleic Acids Res. 2015, 43 (14):6701-6703.
  13. Ye N^*, Zhang X^, Miao M^, Fan X^, Zheng Y, Xu D, Wang J, Zhou L, Wang D, Gao Y, Wang Y, Shi W, Ji P, Li D, Guan Z, Shao C, Zhuang Z, Gao Z, Qi J* & Zhao F*. Saccharina genomes provide novel insight into kelp biology. Nature Communications. 2015, 6: 6986.
研究组成员:

工作人员
王金锋  博士 副研究员  
冀培丰  博士 助理研究员

研究生
周  琳 博士生 2015年 吴婉莹 硕士生 2015年
贾  震 博士生 2015年 张金阳 硕士生 2015年
郑  毅 博士生 2016年 马秀伶 硕士生 2015年
陈  帅 博士生 2017年 张丰驿 硕士生 2017年   

已出站博士后
申欣(2012-2015)、张延明(2012-2015)、陈丽娟(2013-2015)

已毕业研究生及毕业去向
彭公信(2013-2017)协和医学院
史文聿(2011-2017)中科院微生物所
冀培丰(2012-2016)中科院北京生科院
高远(2013-2016)University of Pennsylvania
赵辉(2011-2015)百度
周慧玥(2011-2015)中科院北京基因组所