一、团队简介
表观组学与智能解析团队聚焦重大疾病精准防控需求，围绕DNA/RNA表观修饰，自主研发温和化学转化、血浆cfDNA/RNA高通量测序与智能数据解析方法, 以实现“新技术开发—超高灵敏度测序—数据智能解析”的全链条贯通。团队依托核酸修饰精准检测技术平台，正加速形成一系列可验证、可推广的标准化诊断方法与试剂体系，为精准医学的无创诊疗提供高效、可靠的临床转化方案。
二、研究方向
1. 面向肿瘤精准诊疗的表观基因组学标志物开发
利用DNA甲基化测序及多组学分析，系统解析肺癌、胃癌、结直肠癌和乳腺癌等高发癌种的表观遗传图谱。通过大样本临床组织建模，鉴定肿瘤早期检测、溯源及侵袭性评估的甲基化标志物，推动液体活检与病理辅助诊断的临床转化。
2. 基于纳米孔测序的病原微生物快速识别及耐药性检测方法开发
利用纳米孔靶向测序及宏基因组测序，开发针对下呼吸道、骨关节、结核及免疫缺陷人群感染的病原鉴定与耐药检测方案。通过多中心队列验证，建立单管靶向测序流程，缩短诊断周期，为临床抗感染提供快速、精准的个体化用药依据。
3. RNA修饰单碱基分辨率定量测序技术的开发与临床应用
聚焦RNA表观转录组学，针对Ψ、m5C、m6A等修饰，开发具有自主产权的单碱基分辨率、全转录组定量测序新技术（如BID-seq）。通过化学标记或酶学转化，精准定位与定量RNA修饰，揭示其调控功能，为临床诊疗提供新靶点。
4. DNA表观遗传修饰精准检测与化学标记技术的开发
针对5mC、5hmC、5fC等DNA修饰，开发新一代超快速、超低起始量测序技术（如UMBS-seq）。通过选择性标记，实现微量样本（如cfDNA）的单碱基全基因组图谱的绘制，为液体活检提供更精准、更温和的检测技术。
5. 基于DNA甲基化单倍型的表观遗传调控机制研究与转化应用
以DNA甲基化单倍型（mHap）为核心，以生物信息学和人工智能为主要手段，系统解析肿瘤在发生、进展、转移及耐药等关键过程中的DNA甲基化分子特征与动态演变规律，致力于发现高灵敏度、高特异性的肿瘤标志物，并推动其临床转化应用。前期工作中，牵头定义了mHap数据格式规范，研发了mHapTools、mHapTk等解析工具及TRAmHap转录活性预测模型，并构建了mHapBrowser公共数据库，形成了从数据标准、算法工具到共享平台的完整分析体系。在此基础上，系统绘制了人体正常组织与实体肿瘤的甲基化单倍型块（MHB）参考图谱，证实了MHB具有显著的组织与癌型特异性，富集转录调控元件，并可独立于平均甲基化水平调控基因表达。未来将持续深化mHap在肿瘤早期诊断、动态监测与耐药预警中的转化研究，为精准肿瘤学提供新的表观遗传学工具。
6. 多模态融合与课程学习驱动的低丰度ctDNA测序读长智能识别方法研究
针对ctDNA低丰度信号稀释瓶颈，本项目拟建立单分子分辨率智能识别框架。通过构建多模态大模型，整合甲基化与末端基序特征实现无偏倚扫描，采用三阶段课程学习与Loss优化，提升极端不平衡下训练性能，实现超低负荷下高灵敏度检测，为癌症早筛提供新范式。
7. AI驱动的循环游离核酸多组学整合与液体活检智能解析平台的构建
围绕“AI+循环多组学”构建外周血游离核酸(cfDNA/cfRNA)智能解析体系，整合肿瘤、炎症、免疫微环境及组织损伤等多维信号，建立多层级液体活检分析框架。通过cfDNA-TCR-seq追踪抗原特异性T细胞应答，ctDNA-BERT/CancerPRIMER解析和预测肿瘤信号，DeepCF-Chromatin捕捉转录调控动态，cfSEER推断组织空间生态位，cfEvoClock推断ctDNA克隆的演化历史，为肿瘤无创早筛、分型及治疗动态监测提供技术支撑。
谷红仓 二级研究员 戴庆 二级研究员 石建涛 研究员 张帆 项目研究员
表观组学与智能解析团队是一支在国内外具有重要学术影响力与创新活力的高水平科研队伍。团队现有研究员4人，副研究员1人、特任副研究员3名，助理研究员6名，成员中包括2名国家级海外高层次人才和2名中国科学院人才计划入选者。团队已形成以战略科学家为引领、青年骨干为支撑的复合型人才结构。同时，团队配备了一支高效协同、专业扎实的管理与技术支撑队伍，为科研创新提供了坚实保障。
团队由谷红仓、戴庆、石建涛、张帆4位研究员担任学科带头人，核心骨干包括叶开琴副研究员，赵宁宁、梅婷芳、郑圣男3位特任副研究员，以及朱汪慧、付丽娜、王昊一、孙嘉旻、刘越、王瑞6位助理研究员。目前，本团队有在读博士、硕士研究生及访问学者20余人。
四、研究成果(近5年成果)
（1）Chen C#, Zhen Z#, Cui M#, Hu X#, Yu L#, Zhou F, Yu X, Yang D, Wu H, Cui Y, Li X, Cui X, Liang X, Gao Y, Liu Y, Yu Y, Huang Z*, Zhang F*. The core cellular network modulates immune phenotype switching in hepatitis B. Sci Bull (Beijing). 2025;70(17):2717-2720.
（2）Chen Y#, Zhao N#*, Xu L#, Jia X, Liu F, Huang J, Li X, Wang Y, Lai C, Shen Y, Wang F, Lv Y, Huang X, Zhang F*, Gu H*, Dai S*. Integrative multi-omics analysis reveals the LncRNA 60967.1-PLCD4-ATRA axis as a key regulator of colorectal cancer progression and immune response. Mol Cancer. 2025;24(1):164.
（3）Zhang Z#, Hong Y#, Zhang S, Zhu X, Liu L, Liao X, Gu H, Fang H*, Shi J*. Toward the DNA methylation haplotype map of 11 common solid cancers. Cell Rep. 2025;44(9):116197.
（4）Fu L#, Zhou X#, Zhang X#, Li X, Zhang F, Gu H*, Wang X*. Circulating tumor DNA in lymphoma: technologies and applications. J Hematol Oncol. 2025;18:29.
（5）Dai Q#*, Baldwin T#, Lyu R#, Daniels B#, Ye C, Cao C, Zhu C, Fan D, Lin L, Liu Y, Wang Y, He C*. Ultra-mild bisulfite outperforms existing methods for 5-methylcytosine detection with low input DNA. Nat Commun. 2025;16:9939.
（6）Guo W#, Chen W#, Zhang J#, Li M, Huang H, Wang Q, Fei X, Huang J, Zheng T, Fan H, Wang Y, Gu H*, Ding G*, Chen Y*. High-throughput methylation sequencing reveals novel biomarkers for the early detection of renal cell carcinoma. BMC Cancer. 2025;25:96.
（7）Chen Y#, Zhao N#, Zhang J, Wu X, Huang J, Xu X, Cai F, Chen S, Xu L, Yan W, Hong Y, Wang Y, Ling H, Ji J, Chen G, Gu H*, Zhang J*, Wu Q*. Molecular signatures of invasive and non-invasive pituitary adenomas: a comprehensive analysis of DNA methylation and gene expression. BMC Med. 2025;23:373.
（8）Wei Z#, Wu X, Wang Q, Zhou Y, Zhai S, Jiang T, Liu Z, Zhang Y, Gu H*, Yuan S*, Qian J*. RSME: Respiration-Driven Synchronized Motion Estimator for Real-Time Thoracic 3-D CT Reconstruction Using Low-Rank Motion Fields and Dose-Free Surface Imaging. IEEE Trans Neural Netw Learn Syst. 2025;36(9):16879-16893.
（9）Lu Y#, Zhou C, Li J, Liu L, Liu X, Shen L, Lai X, Gu H*, Zhang Z*, Qian J*. Radiation induces M2 polarization of glioma-associated macrophages via upregulation of glutamine synthetases. Int Immunopharmacol. 2025;154:114595.
（10）Wang F#, Lai C#, Lv Y#, Zhang F#, Shi L, Wang Y, Shen Y, Xu L, Hu P, Tang W, Xu D, Cao G, Shan L, Jia X, Chen Y, Larson DW, Wang D, Lao W, Gu H*, Sun X*, Huang X*, Dai S*. Efficacy and safety of combining short-course neoadjuvant chemoradiotherapy with envafolimab in locally advanced rectal cancer patients with microsatellite stability: a phase II PRECAM experimental study. Int J Surg. 2025;111(1):334-345.
（11）Liao X#, Hong Y#, Feng Y#, Li H, Fang H, Shi J*. Inferring pathway activity from single-cell and spatial transcriptomics data with PaaSc. PLoS Comput Biol. 2025;21(11):e1013666.
（12）Ren K#, Zhou F#, Zhang F#*, Yin M#, Zhu Y#, Wang S#, Chen Y, Huang T, Wu Z, He J, Zhang A, Guo C, Huang Z*. Discovery and structural mechanism of DNA endonucleases guided by RAGATH-18-derived RNAs. Cell Res. 2024;34:370-385.
（13）Liu X#, Pang Y#, Shan J#, Wang Y, Zheng Y, Xue Y, Zhou X, Wang W, Sun Y, Yan X, Shi J, Wang X*, Gu H*, Zhang F*. Beyond the base pairs: comparative genome-wide DNA methylation profiling across sequencing technologies. Brief Bioinform. 2024;25(5):bbae440.
（14）Zhang LS#, Dai Q#, He C*. Base-Resolution Sequencing Methods for Whole-Transcriptome Quantification of mRNA Modifications. Acc Chem Res. 2024;57(1):47-58.
（15）Zhang LS#, Ye C#, Ju CW#, Gao B, Feng X, Sun HL, Wei J, Yang F, Dai Q*, He C*. BID-seq for transcriptome-wide quantitative sequencing of mRNA pseudouridine at base resolution. Nat Protoc. 2024;19(2):517-538.
（16）Dai Q#*, Ye C#, Irkliyenko I#, Wang Y#, Sun HL, Gao Y, Liu Y, Beadell A, Perea J, Goel A, He C*. Ultrafast bisulfite sequencing detection of 5-methylcytosine in DNA and RNA. Nat Biotechnol. 2024;42(10):1559-1570.
（17）Zhao N#, Lai C#, Wang Y, Dai S*, Gu H*. Understanding the role of DNA methylation in colorectal cancer: Mechanisms, detection, and clinical significance. Biochim Biophys Acta Rev Cancer. 2024;1879(3):189096.
（18）Hong Y#, Liu L#, Feng Y#, Zhang Z#, Hou R, Xu Q*, Shi J*. mHapBrowser: a comprehensive database for visualization and analysis of DNA methylation haplotypes. Nucleic Acids Res. 2024;52(D1):D929-D937.
（19）Zhang S#, He S, Zhu X, Wang Y, Xie Q, Song X, Xu C, Wang W, Xing L, Xia C, Wang Q, Li W, Zhang X, Yu J, Ma S, Shi J*, Gu H*. DNA methylation profiling to determine the primary sites of metastatic cancers using formalin-fixed paraffin-embedded tissues. Nat Commun. 2023;14:5686.
（20）Zhou F#*, Yu X#, Gan R#, Ren K#, Chen C, Ren C, Cui M, Liu Y, Gao Y, Wang S, Yin M, Huang T, Huang Z*, Zhang F*. CRISPRimmunity: an interactive web server for CRISPR-associated Important Molecular events and Modulators Used in geNome edIting Tool identifYing. Nucleic Acids Res. 2023;51(W1):W93-W107.
（21）Dai Q#*, Zhang LS#*, Sun HL#, Pajdzik K#, Yang L, Ye C, Ju CW, Liu S, Wang Y, Zheng Z, Zhang L, Harada BT, Dou X, Irkliyenko I, Feng X, Zhang W, Pan T, He C*. Quantitative sequencing using BID-seq uncovers abundant pseudouridines in mammalian mRNA at base resolution. Nat Biotechnol. 2023;41(3):344-354.
（22）Liu F#, Wang Y, Gu H*, Wang X*. Technologies and applications of single-cell DNA methylation sequencing. Theranostics. 2023;13(8):2439-2454.
（23）Feng Y#, Zhang Z#, Hong Y, Ding Y, Liu L, Gao S, Fang H*, Shi J*. A DNA methylation haplotype block landscape in human tissues and preimplantation embryos reveals regulatory elements defined by comethylation patterns. Genome Res. 2023;33(12):2041-2052.
（24）Gao S#, Zhu H#, Cai K, Liu L, Zhang Z, Ding Y, Xu Y, Zheng X*, Shi J*. TRAmHap: accurate prediction of transcriptional activity from DNA methylation haplotypes in bisulfite-sequencing data. Brief Bioinform. 2023;24(4):bbad214.
（25）Zhang H#*, Wang M#, Han X, Wang T, Lei Y, Rao Y, Xu P, Wang Y, Gu H*. The application of targeted nanopore sequencing for the identification of pathogens and resistance genes in lower respiratory tract infections. Front Microbiol. 2022;13:1065159.
（26）Deng Q#, Cao Y#, Wan X, Wang B, Sun A, Wang H, Wang Y, Wang H*, Gu H*. Nanopore-based metagenomic sequencing for the rapid and precise detection of pathogens among immunocompromised cancer patients with suspected infections. Front Cell Infect Microbiol. 2022;12:943859.
（27）Gu H#*, Raman AT#, Wang X, Gaiti F, Chaligne R, Mohammad AW, Arczewska A, Smith ZD, Landau DA, Aryee MJ, Meissner A*, Gnirke A*. Smart-RRBS for single-cell methylome and transcriptome analysis. Nat Protoc. 2021;16(8):4004-4030.
五、联系与合作
如果您对我们的研究团队感兴趣或有合作意向，欢迎随时与我们联系：
谷红仓：gu_hongcang@cmpt.ac.cn
戴 庆：qdai@cmpt.ac.cn
石建涛：jtshi@cmpt.ac.cn
张 帆：fzhang@cmpt.ac.cn
