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博士生导师 电话： 实验室主页：http://cqb.pku.edu.cn/zyli/ 2005-2009:北京大学物理学院,获物理学学士学位 2009-2014:加州大学旧金山分校,获生物物理学博士学位 2015-2019:普林斯顿大学理论科学中心，独立博后 2019年秋季：北京大学定量生物学中心，博士生导师 |
担任职务：
北京大学定量生物学中心助理教授、研究员
北京大学-清华大学生命联合中心研究员
研究方向：
定量生物学
研究兴趣：
课题组的研究以“生物系统中的自组织规律”为核心，以数据挖掘和网络动力学等计算方法为手段，着重关注于如下几个领域：
微生物从演化到群落互作中的定量科学；
多细胞体系中模式生成的数学规律；
生物大数据挖掘的方法建设；
传染病动力学和对非药物干预的建模。
在研课题：
1. 微生物从演化到群落互作中的定量科学
从陆地到海洋，从工业生产至人体菌群，微生物影响着人类生存的各个方面。尽管关于微生物群落的测序手段在近十年蓬勃发展，“微生物群落中的定量规律”这一学科仍处于探索的初期，很多问题尚待回答——例如，如何定量微生物塑造并适应其微环境境的过程；微生物群落的生态和演化是否和传统生态学存有本质不同；群落中的合作如何在代谢博弈中维持，等等。课题组专注于“微环境-微生物”的反馈回路，以数据挖掘和动力学模型为手段，力图在几个典型体系中建立从演化到细胞策略到群落生态的完整定量图像。
微生物以分泌次级代谢产物的方式主动塑造微环境，而非核糖体肽合成酶（non-ribosomal peptide synthetase，NPRS）是其中占据已知次代产物基因簇一半以上的模块化合成酶的代表。自青霉素起，多样的NRPS产物为人类药物学发展提供了素材，而其“模块-蛋白域”的流水线结构也激励研究者们对NRPS进行人工设计。然而，迄今为止，NRPS的人工设计仍囿于研究者的经验和直觉，而NRPS的产物预测的精确度也限于有限的物种。课题组已以NRPS中公认的保守序列片段为“锚点”，发展了从数据库中提取NRPS序列并对其进行标准化和数分析的完整流程。以此标准注释为基础，课题组正在从海洋到人体致病菌等多个微生物体系中探知演化模式和序列-功能的关联。
从动力学系统的角度，基于次级代谢产物的互作也为生态网络模型提供了新的维度——传统生态理论的竞争模型中，群落结构受限于系统的资源维度。然而，在诸如分泌铁载体的过程中，微生物主动地增加着微环境中的资源维度，造成有趣的生态和演化动态。我们正试图以数学模型来探索此类过程中微生物博弈和演化的普遍规律。
2. 多细胞体系中模式生成的数学规律
在诸如胚胎发育、器官发生、微生物群落形成等多细胞相互作用的系统中，具有同样的基因组的细胞经由分裂和分化，自发地生成在多种细胞命运时空中规律排布的有序模式（pattern）。模式形成（pattern formation）是系统生物学自20世纪中叶以来就着重探索的领域。近年来，随着多组学技术的蓬勃发展与合成生物学的兴盛，细胞命运决定过程的基因表达动态以及相关转录因子的调控关系都得到了更加细致的刻画；然而，此领域中,细胞生成多重命运并在时空中自发地规律排布的深层机制尚待系统性的阐释: 究竟是什么提供了发育系统的复杂度？什么样的“命运编码”能从所有细胞都同质的基因网络和信号转导网络里稳定而规则地建立异质性？
此课题中，课题组以网络动力学模型结合组学数据，正在尝试阐释多重细胞命运和模式自发生成中的底层规律，为合成生物学提供蓝图。其中,具体项目包括：
2.1. 单一细胞的多重命运与基因调控网络的关联。细胞命运受相互作用的转录因子网络调控，可被认为对应着非线性系统中的吸引子。迄今为止，大部分非线性模型大多侧重于刻画两种不同的分化命运之间的选择，然而，分化发育往往和几十上百种不同的细胞命运相关联。如何从转录调控网络的层面理解和预测细胞在大于三种的多重命运中的选择，是我们课题组感兴趣的方向之一。
2.2. 多细胞生长系统中模式形成的理解和设计。胚胎发育和器官发生的过程中，多细胞体系的复杂度往往独立于外界输入自发增加。以网络分析与数学建模的方法，课题组正在探索自单细胞开始的“生长-胞间通讯”体系中，以“位置信息”定量的复杂度如何通过胞间通讯和胞内基因调控网络实现无外界输入的自发增长。
3. 生物大数据挖掘的方法建设
随着各种测量手段的蓬勃发展，生命科学中正产生出海量的数据，而如何从数据中洞见机制性的底层规律也是我们感兴趣的基本问题。从多名合作者的具体实例中，我们试图探寻数据挖掘中的共通方法。
4. 传染病动力学和对非药物干预的建模
传染病是对人类健康的重大威胁。基于疾病动力学以及进化动力学对疫情进行的建模和分析，能一定程度上反映疫情的运行规律，并对有效的防控措施做出预测。在新冠疫情爆发初期，我们开始与多名研究者合作，进行了针对于新冠的传染病动力学研究，特别关注于对诸如口罩佩戴的非药物干预的作用的探索。
代表性文章：
• Jeremy Howard * , Austin Huang , Zhiyuan Li , Zeynep Tufekci , Vladimir Zdimal , Helene-Mari van der Westhuizen ORCID logo , Arne von Delft , Amy Price , Lex Fridman , Lei-Han Tang , Viola Tang , Gregory L. Watson , Christina E. Bax , Reshama Shaikh , Frederik Questier , Danny Hernandez , Larry F. Chu , Christina M. Ramirez , Anne W. Rimoin. (2020) Face masks against COVID-19: an evidence review. PNAS, 118 (4) e2014564118;
• Zhiyuan Li, Bo Liu, Sophia Hsin-Jung Li, Christopher G. King,Zemer Gitai, Ned S. Wingreen. (2020) Modeling microbial metabolic trade-offs in a chemostat; PLOS Computational Biology; 16(8), e1008156
• Jindong Zan*, Zhiyuan Li*, Maria Diarey Tianero-McIntosh, Jeanette Davis, Russell T. Hill, and Mohamed S. Donia, “A microbial factory of defense chemicals in a tripartite marine symbiosis.” (2019) Science, 364, pp 1056,DOI: 10.1126/science.aaw6732
• Li, Sophia Hsin-Jung, Zhiyuan Li, Junyoung O. Park, Christopher G. King, Joshua D. Rabinowitz, Ned S. Wingreen, and Zemer Gitai. “Escherichia coli translation strategies differ across carbon, nitrogen and phosphorus limitation conditions.” Nature microbiology 3, no. 8 (2018): 939. DOI:10.1038/s41564-018-0199-2
• Jian Shu*, Chen Wu*, Yetao Wu*, Zhiyuan Li*, Sida Shao, Wenhui Zhao, Xing Tang, Huan Yang, Lijun Shen, Xiaohan Zuo, Weifeng Yang, Yan Shi, Xiaochun Chi, Hongquan Zhang, Ge Gao, Youmin Shu, Kehu Yuan, Weiwu He, Chao Tang, Yang Zhao, Hongkui Deng. Induction of Pluripotency in Mouse Somatic Cells with Lineage Specifiers.(2013) Cell, Volume 153, Issue 5, pp 963–975. DOI: 10.1016/j.cell.2013.05.001
