1. 水平基因转移与细菌免疫防御：通过水平基因转移的，细胞可进行遗传物质交流，驱动生命进化（Front Microbiol, 2018, 2019）。传统观点认为外源非噬菌体DNA仅以单链形式进入原核细胞。研究团队发现在大肠杆菌自然转化中存在供双链DNA进入细胞的途径（J Bacteriol, 2009; BBRC, 2016），丰富了水平基因转移的多样性。CRISPR-Cas系统是原核生物中广泛存在的由RNA介导抵抗外源核酸入侵的“获得性免疫系统”，其中I型CRISPR-Cas系统在自然界中分布最广泛。研究团队发现拟核结合蛋白StpA促进cas基因转录，激活I型CRISPR-Cas系统防御大肠杆菌自然转化（Appl Environ Microbiol, 2020）；筛选获得调控I-E型CRISPR-Cas系统的新转录因子LrhA，该因子可直接与启动子结合促进cas基因转录防御噬菌体感染，并通过增强干扰-适应反馈回路提高I型CRISPR-Cas系统介导的适应性免疫防御水平（Nat Commun, submitted）；发现转录因子LeuO独立于H-NS激活CRISPR-Cas系统防御大肠杆菌自然转化（数据待发表），为深入认识原核生物调控适应性免疫机制和拓展I型CRISPR系统应用范围奠定基础。

2. 微生物合成生物学：基于I型系统开发的基因操作工具在原核生物中表现出高效性与适应性，在生物制造、生物医药等领域具广阔应用前景。研究团队在研究I型CRISPR-Cas系统调控机制的基础上，开发防控耐药基因转移的益生底盘菌（Appl Environ Microbiol, 2024），为开发安全的下一代活菌新药底盘细胞奠定基础；建立I型CRISPR-Cas精细调控基因表达的方法，调节TCA循环和VB5合成代谢流平衡（ACS Synth Biol, 2024）。建立通过双荧光筛选维生素B5（VB5）前体β丙氨酸的高通量检测体系（Acta Biochim Biophys Sin，2020），在益生EcN底盘菌中构建高产β丙氨酸的工业生产菌株（Appl Microbiol Biotechnol，2023），系统总结EcN在新药开发和生物制造领域的研究现状（Biotech Adv，2023）；在枯草芽胞杆菌底盘菌中利用群体感应系统动态调节葡萄糖摄取以减少溢出代谢，从而构建产VB5的细胞工厂（ACS Synth Biol, 2023）。