微生物遗传，微生物生理代谢，微生物生物工程，分子微生物学。

        极端微生物遗传与生理代谢机制及生物工程利用：

        本研究组目前致力于极端嗜盐古菌及特殊环境微生物独特的遗传与生理代谢机制研究，包括以极端嗜盐古菌作为细胞工厂合成生物可降解塑料聚羟基脂肪酸酯（PHA）的分子基础及代谢调控机制的研究，以及对CRISPR-Cas等抗病毒核酸免疫系统的分子机制研究，创新新型基因组编辑技术等，并开展盐湖及深海特殊环境微生物组研究，发挖新型微生物资源。
       相关研究工作先后获得国家973项目、 863项目、国家重点研发计划重点专项项目，国家自然科学基金重点项目、重大研究 计划项目、创新群体项目、国家杰出青年科学基金项目，中国科学院知识创新工程重要方向项目、“科学号”高端用户重点项目等的支持。目前正在开展的研究工作包括： 1）极端环境微生物组及重要微生物类群适应机制研究；2）嗜盐古菌染色体多位点复制及染色体重构；3）极端微生物合成生物学及高附加值生物材料合成；4) CRISPR-Cas等核酸免疫系统分子机制研究；5）基因组编辑技术创新研究等
       
        欢迎对极端生命基本机制及其利用具有兴趣的青年学子来本研究组从事相关科学研究。

本研究组近期主要研究进展包括：

       解析了嗜盐古菌基因组复制起始关键元件，揭示了嗜盐古菌中重要转录因子的调控机制；阐释了嗜盐古菌蛋白类抗生素合成机制和抗性免疫机制，首次确定了嗜盐古菌生物可降解塑料PHA合成的关键基因和途径；系统解析了以嗜盐古菌为代表的I-B型CRISPR对病毒独特高效的适应机制和异己区分机制，发现CRISPR前所未见的双RNA型护卫系统，更新了TA系统及功能机制；形成了对嗜盐古菌从遗传到代谢和适应的系统认识，为嗜盐古菌的深层利用奠定了基础，并在重要微生物类群建立了基因编辑和基因调控新系统、新工具和新策略。目前正开展极端环境微生物组及其固碳新途径、生物可降解塑料高效合成、新型微生物抗病毒防御系统机制解析和基因组编辑工具创新等前沿研究。已在Science, Cell，Nature Communications，Nucleic Acids Res，Mol Microbiol，Biomaterials,ISME J, Environ Microbiol, Appl Environ Microbiol等专业期刊发表论文130余篇。

本网站信息可能未能及时更新，研究组相关最新信息，请访问向华研究组主页：

https://www.im.cas.cn/sklmr2021/yjdw/xhktz/zzjs/

   

071007-遗传学
071005-微生物学

嗜盐古菌遗传与生理代谢机制，极端微生物功能基因组学及生物工程

1994-09--1997-06 中国协和医科大学基础医学系/中国医学科学院基础所 研究生/博士
1991-09--1994-06 北京师范大学生物系 研究生/硕士
1987-09--1991-06 北京师范大学生物系 本科/学士

   

2018-04~现在, 中国科学院微生物研究所, 副所长
2017-09~现在, 中国科学院微生物研究所, 国家重点实验室主任
2003-12~2017-09,中国科学院微生物研究所, 研究员/博导/中心副主任/重点实验室副主任
2001-06~2003-11,中国科学院微生物研究所, 副研究员/硕导/中心副主任
1999-06~2001-06,University of Medicine & Dentistry of New Jersey, 博士后
1997-07~1999-06,中国科学院微生物研究所, 博士后

《Journal of Genetics and Genomics》副主编（2020卸任）、编委

《Frontiers in Microbiology》副主编 

《Applied and Environmental Microbiology》编委（2020卸任）

《Biology》编委

《Frontiers in Genome Editing》副主编 

《The Innovation》编委

《mLife》副主编

《激光生物学报》副主编

《微生物学报》副主编

中国微生物学会 秘书长

中国科协生命科学学会联合体 副秘书长

中国遗传学会 常务理事

中国遗传学会微生物遗传学专业委员会 主任

中国生物工程学会合成生物学专业委员会 副主任

分子微生物学湖南省重点实验室学术委员会 主任

   

[1] 向华, 赵大贺, 张满琪. 高效生物氧化脱硫的盐单胞菌工程菌株及其全细胞催化脱硫方法. CN: CN115637247A, 2023-01-24.

[2] 韩静, 向华, 徐桐, 陈国强. 一种双sgRNA结合RecET系统敲除盐单胞菌DNA大片段的方法. CN: CN114717233A, 2022-07-08.

[3] 向华, 杜开心, 龚路遥, 李明. 一种利用I型CRISPR-Cas系统同时实现基因编辑和转录调控的方法. CN: CN114657177A, 2022-06-24.

[4] 韩静, 向华, 徐桐, 陈国强. 一种具有自絮凝能力的菌株及其制备方法与应用. CN: CN114672447A, 2022-06-28.

[5] 向华, 李明, 程飞跃, 龚路遥. 一种古菌和细菌中通用的RNA型毒素及其相关生物材料. CN: CN114457071A, 2022-05-10.

[6] 向华, 李明, 程飞跃, 龚路遥. 一种古菌和细菌中通用的RNA型毒素及其相关生物材料. CN: CN114457071A, 2022-05-10.

[7] 向华, 韩静, 林琳. 一种抑制地中海富盐菌中目的基因表达的方法. CN: CN114507684A, 2022-05-17.

[8] 向华, 韩静, 林琳. 一种抑制地中海富盐菌中目的基因表达的方法. CN: CN114507684A, 2022-05-17.

[9] 韩静, 向华, 林琳. 一种重组地中海富盐菌及其在制备PHBV中的应用. CN: CN114517206A, 2022-05-20.

[10] 韩静, 向华, 刘晓彬, 薛琼. 一种PhaP-Tac的微生物合成及其对疏水材料PHBV的修饰方法. CN: CN108373510A, 2018-08-07.

[11] 赵大贺, 向华, 周坚, 苏米特·库玛. 一株在高盐条件下降解烷烃的盐东方菌菌株及其培养方法. CN: CN107034154A, 2017-08-11.

[12] 赵大贺, 周坚, 向华. 一株耐高盐耐高COD盐水球菌菌株和来源该菌株的内源质粒. CN: CN106479928A, 2017-03-08.

[13] 向华, 刘桂明, 韩静, 赵大贺. 一种聚羟基烷酸颗粒降解酶其用途及(R)-3HB生产方法. CN: CN105985939A, 2016-10-05.

[14] 韩静, 向华, 侯靖. PHBV共聚物的制备方法及由此制备的PHBV共聚物. CN: CN105695521A, 2016-06-22.

[15] 韩静, 向华, 侯靖. 一种PHBV聚合物、制备方法及利用PHBV聚合物制作的止血材料. CN: CN104448258A, 2015-03-25.

[16] 向华, 赵大贺. 高效利用碳源生产生物塑料PHBV的极端嗜盐古菌工程菌. CN: CN103451201A, 2013-12-18.

[17] 向华, 刘海龙. 一种基于西班牙盐盒菌和pyrF基因的遗传操作系统及其应用. CN: CN102676414A, 2012-09-19.

[18] 向华, 刘海龙. 一种基于地中海富盐菌和pyrF基因的遗传操作系统及其应用. CN: CN102676415A, 2012-09-19.

[19] 向华, 冯博, 韩静. 一种与PHBV的3-HV单体合成相关的β-酮硫解酶及其编码基因与应用. CN: CN102268424A, 2011-12-07.

[20] 向华, 陆秋鹤, 韩静. 一种与聚羟基丁酸戊酸共聚酯合成相关的酶及其编码基因与应用. CN: CN101525599A, 2009-09-09.

[21] 向华, 韩静, 陆秋鹤. 极端嗜盐古菌聚羟基脂肪酸酯合酶及其编码基因与应用. CN: CN101139575A, 2008-03-12.

[22] 向华, 周利刚, 周梅先, 孙超岷, 周坚. 表达极端嗜盐古菌紫膜蛋白突变体的载体及工程菌. CN: CN1308449C, 2007-04-04.

[23] 向华, 厉云, 孙超岷. 一种嗜盐菌素及其免疫蛋白和它们的编码基因与应用. CN: CN1837233A, 2006-09-27.

[24] 向华, 任媛媛, 刘景芳, 周坚, 谭华荣. 一种热稳定海藻糖合成酶及其编码基因与应用. CN: CN1746299A, 2006-03-15.

[25] 向华, 孙超岷. 一种极端嗜盐古菌质粒及其衍生质粒载体. CN: CN1712533A, 2005-12-28.

[26] 向华, 张健, 周坚, 田宇清, 谭华荣. 热稳定脂肪酶及其编码基因与应用和专用工程菌. 中国: CN1552866, 2004.12.08.

[27] 向华, 周梅先, 谭华荣. 一株嗜盐碱杆菌及其专有质粒与应用. CN: CN1432644A, 2003-07-30.

[28] 向华, 赵大贺, 安鹏. 微杆菌QXD-8及其在降解羧甲基纤维素钠中的应用. CN: CN118146975A, 2024-06-07.

[29] 向华, 陈军玉, 韩静, 徐桐. 一种利用地中海富盐菌CRISPR-Cas系统实现基因编辑及提高PHBV产量的方法. CN: CN116804194A, 2023-09-26.

[30] 向华, 郭京, 龚路遥. 调控真核细胞基因转录的I-F2型CRISPR-Cas系统及其应用. CN: CN118272344A, 2024-07-02.

[31] 韩静, 向华, 徐桐, 陈国强. 一种提高盐单胞菌转化效率的方法及所得菌株与应用. CN: CN118028333A, 2024-05-14.

[32] 韩静, 向华, 徐桐, 陈国强. 一种具有自絮凝能力的菌株及其制备方法与应用. CN: CN114672447B, 2024-04-16.

[33] 向华, 杜开心, 龚路遥, 李明. 一种利用I型CRISPR-Cas系统同时实现基因编辑和转录调控的方法. CN: CN114657177B, 2024-07-19.

[34] 向华, 韩静, 林琳. 一种抑制地中海富盐菌中目的基因表达的方法. CN: CN114507684B, 2024-05-28.

[35] 韩静, 向华, 林琳. 一种重组地中海富盐菌及其在制备PHBV中的应用. CN: CN114517206B, 2024-05-24.

2009：“国家杰出青年基金”获得者
2006：获“中国科学院优秀博士后”称号

   

（* 通讯作者）

1.  Li M, Gong L, Cheng F, Yu H, Zhao D, Wang R, Wang T, Zhang S, Zhou J, Shmakov SA, Koonin EV, Xiang H*. (2021). Toxin-antitoxin RNA pairs safeguard CRISPR-Cas systems. Science. 2021; 372(6541): abe5601. Doi: 10.1126/science.abe5601　　

2.  Xue, Q., D. Zhao, S. Zhang, H. Zhou, Z. Zuo, J. Zhou, M. Li and H. Xiang* (2021). Highly integrated adaptive mechanisms in Spiribacter halalkaliphilus, a bacterium abundant in Chinese soda-saline lakes. Environ Microbiol 23(11): 6463-6482.

3. Lin L, Chen J, Mitra R, Gao Q, Cheng F, Xu T, Zuo Z,Xiang H*,Han J. Optimising PHBV biopolymer production in haloarchaea via CRISPRi-mediated redirection of carbon flux. Commun Biol. 2021;4(1):1007. Doi: 10.1038/s42003-021-02541-z　　

4. Cheng F, Wang R, Yu H, Liu C, Yang J, Xiang H*, Li M. Divergent degeneration of creA antitoxin genes from minimal CRISPRs and the convergent strategy of tRNA-sequestering CreT toxins. Nucleic Acids Res. 2021, 49(18):10677-88. Doi: 10.1093/nar/gkab821　　

5. Zhao D, Zhang S, Xue Q, Chen J, Zhou J, Cheng F,Li M, Zhu Y, Yu H, Hu S, Zheng Y, Liu S, Xiang H*. (2020). Abundant Taxa and Favorable Pathways in the Microbiome of Soda-Saline Lakes in Inner Mongolia. Front Microbiol, 11:1740, 10.3389/fmicb.2020.01740　　

6. Xu Z, Li M, Li Y, Cao H, Miao L, Xu Z, Higuchi Y, Yamasaki S, Nishino K, Woo PCY, Xiang H*, Yan A. 2019. Native CRISPR-Cas-Mediated Genome Editing Enables Dissecting and Sensitizing Clinical Multidrug-Resistant P. aeruginosa. Cell Rep. 29(6):1707-1717.e3. doi: 10.1016/j.celrep.2019.10.006.　　

7. Chen S, Sun S, Korfanty GA, Liu J, Xiang H*. 2019. A Halocin Promotes DNA Uptake in Haloferax mediterranei . Front Microbiol. 10:1960, doi: 10.3389/fmicb.2019.01960.　　

8.  Chen J, Mitra R, Zhang S, Zuo Z, Lin L, Zhao D, Xiang H*, Han J. Unusual Phosphoenolpyruvate (PEP) Synthetase-Like Protein Crucial to Enhancement of Polyhydroxyalkanoate Accumulation in Haloferax mediterranei Revealed by Dissection of PEP-Pyruvate Interconversion Mechanism. Appl Environ Microbiol. 2019, 85(19): e00984-19. doi: 10.1128/AEM.00984-19.　　

9.  Gong L, Li M, Cheng F, Zhao D, Chen Y, Xiang H*. 2019. Primed adaptation tolerates extensive structural and size variations of the CRISPR RNA guide in Haloarcula hispanica. Nucleic Acids Res. 47(11):5880-5891. doi: 10.1093/nar/gkz244.　　

10.  You L, Ma J, Wang J, Artamonova D, Wang M, Liu L, Xiang H, Severinov K, Zhang X, Wang Y. 2019. Structure Studies of the CRISPR-Csm Complex Reveal Mechanism of Co-transcriptional Interference. Cell. 176(1-2):239-253.e16. doi: 10.1016/j.cell.2018.10.052.　　　　

11. Zuo ZQ, Xue Q, Zhou J, Zhao DH, Han J, Xiang H*. 2018. Engineering Haloferax mediterranei as an Efficient Platform for High Level Production of Lycopene. Front Microbiol. 9:2893. doi: 10.3389/fmicb.2018.02893.　　

12. Li M, Gong L, Zhao D, Zhou J, Xiang H*. 2017. The spacer size of I-B CRISPR is modulated by the terminal sequence of the protospacer. Nucleic Acids Res, 45(8): 4642-4654.

13.  Han J, Wu L, Liu X, Hou J, Zhao L, Chen J, Zhao D, Xiang H*. 2017. Biodegradation and biocompatibility of haloarchaea-produced poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) copolymers. Biomaterials, 139: 172-186.

14. Liu J, Wang Q, Jiang X, Yang H, Zhao D, Han J, Luo Y, Xiang H*. 2017. Systematic analysis of lysine acetylation in the halophilic archaeon Haloferax mediterranei. J Proteome Res, 16(9):3229-3241

15. Wang R, Li M, Gong L, Hu S, Xiang H*. 2016. DNA motifs determining the accuracy of repeat duplication during CRISPR adaptation in Haloarcula hispanica. Nucleic Acids Res, 44(9):4266-77.

16. Yang H, Wu Z, Liu J, Liu X, Wang L, Cai S, Xiang H*, 2015, Activation of a dormant replication origin is essential for Haloferax mediterranei lacking the primary origins. Nature Communications, 6: 8321.

17. Liu G, Hou J, Cai S, Zhao D, Cai L, Han J, Zhou J, Xiang H*. 2015. A patatin-like protein associated with the polyhydroxyalkanoate (PHA) granules of Haloferax mediterranei acts as an efficient depolymerase in degradation of native PHA. Appl Environ Microbiol., 81(9):3029-38.

18. Han J, Wu LP, Hou J, Zhao D, Xiang H*. 2015. Biosynthesis, characterization and hemostasis potential of tailor-made poly(3-hydroxybutyrate-co-3- hydroxyvalerate) produced by Haloferax mediterranei. Biomacromolecules, 16: 578-588

19. Hou J, Xiang H*, Han J. 2015. Propionyl coenzyme A (propionyl-CoA) carboxylase in Haloferax mediterranei: Indispensability for propionyl-CoA assimilation and impacts on global metabolism. Appl Environ Microbiol., 81(2):794-804

20. Cai S, Cai L, Zhao D, Liu G, Han J, Zhou J, Xiang H*. 2015. A novel DNA-binding protein, PhaR, plays a central role in the regulation of polyhydroxyalkanoate accumulation and granule formation in the haloarchaeon Haloferax mediterranei. Appl Environ Microbiol., 81(1):373-385

21. Li M, Wang R, Xiang H*. 2014. Haloarcula hispanica CRISPR authenticates PAM of a target sequence to prime discriminative adaptation. Nucleic Acids Res, 42(11):7226-35

22. Cai L, Cai S, Zhao D, Wu J, Wang L, Liu X, Li M, Hou J, Zhou J, Liu J, Han J, Xiang H*. 2014. Analysis of the transcriptional regulator GlpR, promoter elements, and posttranscriptional processing involved in fructose-induced activation of the phosphoenolpyruvate-dependent sugar phosphotransferase system in Haloferax mediterranei. Appl Environ Microbiol., 80(4):1430-40.

23. Wu Z, Liu J, Yang H, Liu H, Xiang H*.2014. Multiple replication origins with diverse control mechanisms in Haloarcula hispanica. Nucleic Acids Res, 42(4): 2282-2294.

24. Li M, Wang R, Zhao D, Xiang H*. 2014. Adaptation of the Haloarcula hispanica CRISPR-Cas system to a purified virus strictly requires a priming process. Nucleic Acids Res, 42(4): 2483-2492. 

   

（ 1 ） 嗜盐古菌聚羟基脂肪酸酯生理代谢及调控机制, 负责人, 国家任务, 2009-01--2012-12
（ 2 ） 极端嗜盐古菌遗传与生理代谢研究, 负责人, 国家任务, 2010-01--2013-12
（ 3 ） 嗜盐古菌CRISPR/Cas系统与基因组稳定性机制, 负责人, 国家任务, 2013-01--2016-12
（ 4 ） 极端嗜盐古菌固碳贮碳及其代谢新途径研究, 负责人, 国家任务, 2014-01--2018-12
（ 5 ） I-B型CRISPR-Cas系统引发适应的分子机制, 负责人, 国家任务, 2016-01--2019-12
（ 6 ） 碳酸盐型盐湖氮硫元素循环的微生物驱动机制及适应机制, 负责人, 国家任务, 2018-01--2021-12
（ 7 ） 深海特殊微生物资源挖掘与技术集成, 负责人, 中国科学院计划, 2019-05--2021-12
（ 8 ） 新型基因组编辑工具及高通量编辑技术, 负责人, 中国科学院计划, 2019-11--2024-10
（ 9 ） 极端微生物底盘细胞的设计与构建, 负责人, 国家任务, 2020-06--2025-12

（1）I型CRISPR-Cas系统及其RNA护卫系统   2021年中国微生物学会学术年会   向华   2021-10-30
（2）盐湖微生物资源：从科学突破到技术创新   盐类科学发展高峰论坛暨第十四届国际盐湖会议   向华   2021-10-17
（3）蕴藏在CRISPR-Cas内部的RNA护卫系统   中国遗传学会基因组编辑分会第三次全员代表大会暨全国学术年会   向华   2021-06-19
（4）内源性CRISPR-Cas系统：从高效适应到高效基因组编辑   第七届全国微生物基因组学学术研讨会   向华   2018-11-30
（5）Exploring Haloarchaea as a Cell Factory for Bioplastic Production   2018-10-21
（6）CRISPR-Cas System: from Primed Adaptation to Genome Editing   2017 基因组学与再生医学国际研讨会   2017-08-28
（7）CRISPR adaptation: the mechanisms from priming to action   2017海外华人微生物学会年会   Hua Xiang   2017-06-29
（8）微生物工具资源挖掘促进基因组编辑 技术突破   中国科学院基因编辑前沿研讨会   向华   2017-06-13
（9）Primed CRISPR adaptation mechanism: high efficiency and specificity   2017遗传与基因组学前沿国际会议   向华   2017-05-18
（10）Discrimination of ‘self’ from ‘non-self’ at adaptation stage in haloarchaeal CRISPR system   2014年 第四届古菌分子生物学国际会议   Hua Xiang, Ming Li, Rui Wang   2014-05-19
（11）Life in Hypersaline Environments   2013中英前沿科学研讨会   向华   2013-05-28
（12）PHA Production by Extremophiles    2012国际生物聚合物大会   向华   2012-10-07
（13）Bioplastic production in the domain Archaea   2010年国际生物聚合物大会   Hua Xiang, et al   2010-10-03
（14）Genomic Analysis of PHA Biosynthesis in Haloferax mediterranei   2010年国际嗜盐微生物大会   Hua Xiang, et al   2010-06-29
（15）Genetic and biochemical characterization of the poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) synthase in Haloferax mediterranei   2008年国际极端微生物大会   Hua Xiang, et al   2008-09-07

已指导学生

裴华东  博士研究生  071007-遗传学  

孙超岷  博士研究生  071007-遗传学  

刘景芳  博士研究生  071007-遗传学  

梅双双  博士研究生  071007-遗传学  

张健  硕士研究生  071007-遗传学  

韩静  博士研究生  071007-遗传学  

周利刚  博士研究生  071007-遗传学  

苗荻  硕士研究生  071007-遗传学  

陆秋鹤  博士研究生  071007-遗传学  

冯博  硕士研究生  071007-遗传学  

李洁  博士研究生  071007-遗传学  

刘晓青  博士研究生  071007-遗传学  

刘海龙  博士研究生  071007-遗传学  

蔡磊  博士研究生  071007-遗传学  

赵大贺  硕士研究生  071007-遗传学  

吴振芳  博士研究生  071007-遗传学  

蔡双凤  博士研究生  071007-遗传学  

伍锦花  硕士研究生  071007-遗传学  

李明  博士研究生  071007-遗传学  

侯靖  博士研究生  071007-遗传学  

刘桂明  博士研究生  071007-遗传学  

王锐  博士研究生  071007-遗传学  

刘晓彬  硕士研究生  071007-遗传学  

杨海波  博士研究生  071007-遗传学  

姜雄健  硕士研究生  071007-遗传学  

赵大贺  博士研究生  071007-遗传学  

陈军玉  博士研究生  071007-遗传学  

程飞跃  硕士研究生  071007-遗传学  

左振强  博士研究生  071007-遗传学  

薛琼  博士研究生  071007-遗传学  

龚路遥  博士研究生  071007-遗传学  

张满琪  硕士研究生  085238-生物工程  

程飞跃  博士研究生  071007-遗传学  

孙吴润泽  硕士研究生  071007-遗传学  

杜开心  硕士研究生  071007-遗传学  

现指导学生

张圣杰  博士研究生  071007-遗传学  

徐旸  硕士研究生  071007-遗传学  

刘振权  博士研究生  071007-遗传学  

郭京  博士研究生  071007-遗传学  

中国科学院优秀博士论文获得者：李明

国家奖学金获得者： 吴振芳; 蔡双凤;  李明; 侯靖;  杨海波; 龚路遥; 薛 琼  

中国科学院院长优秀奖： 裴华东；李明; 杨海波  ; 龚路遥 

中国科学院微生物研究所所长一等奖： 孙超岷； 裴华东； 陆秋鹤； 李明;  杨海波