郑甲博士
生命科学学院
https://www.westlake.edu.cn/faculty/jia-zheng.html
课题组主要以蛋白质分子为研究对象开展以下两个领域的研究：
1.蛋白质分子演化
蛋白质序列空间的大小是一个天文数字，我们对蛋白质分子如何在在这个序列空间中演化知之甚少。研究蛋白质分子演化规律将有助于阐明地球上生命的起源、演化和物种的多样性、预测环境变化对地球上生命的影响，为设计、改造和进化适合应用需求的酶蛋白提供理论基础。
主要研究的内容为:
a) 蛋白质适应度景观特征；
b) 蛋白质的折叠能力和稳定性对可演化性的影响；
c) 理化环境如何影响蛋白质演化；
d) 编码氨基酸种类对蛋白质演化的影响；
e) 蛋白质随机序列如何演化出功能性蛋白？
f) 量子效应是否及如何在酶蛋白演化过程中起作用？
2. 鲁棒性酶蛋白的研究与开发
基于蛋白质分子演化规律而建立酶蛋白改造新技术，致力于开发能更好适应工业应用场景和作为合成生物学重要元件的鲁棒性酶蛋白。主要开展以下几个方向的研究:
a) 开发合成生物学催化元件鲁棒性酶蛋白；
b) 拓展编码蛋白质的氨基酸种类和发展翻译后修饰技术；
c) 开发应用于极端工作环境下的酶蛋白；
d) 研究和开发非水相催化体系用酶。
1. Jia Zheng, Ning Guo, Andreas Wagner, 2020. Selection enhances protein evolvability by increasing mutational robustness and foldability. Science, 370 (6521): eabb5962
2. Jia Zheng, Joshua L. Payne, Andreas Wagner, 2019. Cryptic genetic variation accelerates adaptive evolution by opening access to diverse adaptive peaks. Science, 365(6451):347–353
蒋敏博士
生命科学学院
https://www.westlake.edu.cn/faculty/min-jiang.html
线粒体作为细胞内的“能量工厂”，是人体内唯一拥有独立基因组的细胞器，其基因组称为线粒体DNA（mtDNA）。尽管mtDNA仅包含37个基因，却在细胞能量转换过程中发挥着核心作用。一旦mtDNA发生突变或表达损伤，可能扰乱细胞能量供应系统，进而引发多种临床表现复杂的线粒体功能障碍性疾病，目前尚无根治手段。因此，深入研究mtDNA的突变机制及其对线粒体功能的影响，对于理解能量代谢障碍的发生机制并开发新型治疗策略具有重要意义。
近年来，蒋敏博士围绕mtDNA的复制调控及其突变问题，通过核基因组编辑以及mtDNA编辑，构建了一系列突变小鼠模型并开展系统性研究，以探讨线粒体疾病的致病性分子机制及遗传规律。
其主要学术成果包括：
1）揭示了一系列参与调控mtDNA表达的关键蛋白的分子作用机制，例如：线粒体单链结合蛋白MTSSB (Sci Adv. 2021)、线粒体内部核酸酶MGME1 (Nat Commun. 2018)等在复制及转录过程中的调控作用。
2）揭示了mtDNA复制错误引发的随机点突变可导致男性不育及早衰表型，而机体组织对mtDNA大片段线性缺失的耐受性显著高于随机点突变。通过调控整体mtDNA拷贝数，提高mtDNA的绝对数量，成功逆转了mtDNA突变小鼠的原发性不育表型，揭示了睾丸组织中mtDNA总量是致病阈值的关键决定因素 (Cell Metab. 2017)。
3）构建了异质性mtDNA点突变小鼠模型，并系统性研究母源遗传规律，首次揭示在衰老过程中，雌性生殖细胞对特定类型的突变（如线粒体氧化磷酸化复合物I的突变）具有年龄增强型的纯化选择作用 (Nat. Aging 2024)。
4）发现了异质性mtDNA点突变随衰老过程在肾脏中特异性累积的动态变化规律，并进一步解析其机制及其导致线粒体肾病的分子机理，为理解mtDNA突变导致组织损伤的机制提供了理论依据，也为靶向治疗策略的开发奠定了重要基础 (Nat. Aging 2025)。
目前，本实验室主要研究方向为：
1）mtDNA基因表达调控分子机制：旨在挖掘更多参与mtDNA基因表达的调控蛋白，进一步探索线粒体如何响应细胞能量需求而调节mtDNA的基因表达。
2）mtDNA突变导致的线粒体疾病的分子机制研究：通过利用小鼠及细胞模型模拟人类线粒体疾病，希望未来为这类患者提供诊疗方案。
3）mtDNA在母系遗传过程中的筛选机制：我们将挖掘更深层次的mtDNA母系遗传规律，探寻纯化选择发生的分子机制，为临床优生优育提供指导。
甄莹博士
生命科学学院
https://www.westlake.edu.cn/faculty/ying-zhen.html
研究、保护、利用生物多样性，是人与自然和谐共生和长治久安的基础。演化生物学和生态学作为生物学中最早发展的领域，致力于理解生命世界多样性的起源、历史和发展规律，在基础研究领域的重要性不言而喻。T. Dobzhansky曾说，Nothing in biology makes sense except in the light of evolution。近年来，基因组大数据的迅速发展和普及，给传统的演化学和生态学带来了前所未有的机遇。科学家已经获得了大量模式物种的全基因组序列，对各种非模式生物基因组的研究方法也有了长足的进步，能够快速获得较以前多成千上万倍的基因组信息，使演化基因组学和生态基因组学成为目前基因组学中最为活跃的交叉方向之一。
甄莹博士以探索适应性演化的分子遗传机制为中心，结合基因组学大数据、生物信息学分析和分子遗传试验，在不同的模式和非模式生物体系中研究适应性演化的分子机制。主要发现包括：1）通过全新的模型和算法发现人与黑猩猩间分化的蛋白编码位点中至少20%是受正向选择所影响，并进一步发现人有比小鼠和果蝇更多更强的有益新突变；2）通过解析多种食草性昆虫对心脏干扰素的毒素耐受性的遗传机制发现了适应性演化有一定的可预测性；3）用深度种群基因组学方法研究非洲热带雨林区域鸟类、昆虫、爬行类等多个物种的基因组多样性以及适应性演化，该结果正在被研究人员用以更好地规划和保护该区域现有的生物多样性。
这些基础研究帮助我们了解丰富多彩的自然界，不仅有重要的演化学和生态学意义，而且对优化生态保护修复、新药及杀虫剂的开发提供理论基础。目前课题组主要研究方向包括（但不限定于）：
1. 利用趋同演化体系更深入的研究适应性演化机制及其限制因素
2. 理解不同生态环境下自然种群生物多样性发生规律及适应性演化机制
3. 解析全新性状演化的遗传发育基础及规则
