劉江，於2009年回國工作並建立起自己的研究團隊，現任中科院北京基因組所基因組科學與信息重點實驗室主任、研究員、博士生導師。他帶領團隊以科技報國為己任，面向世界科技前沿，堅持“十年磨一劍”的治學精神，勇於探索、追求卓越、團結協作、求實創新，在表觀遺傳學領域取得原創性重大成果，提出復雜性狀表觀遺傳調控的新機制和新理論，為我國科技事業做出了重要貢獻。

劉江團隊使用不同的動物模型，系統的研究了不同表觀遺傳信息在動物跨代過程的遺傳規律以及胚胎發育時期的重編程。揭示了DNA甲基化在脊椎動物中的跨代遺傳和早期發育重編程的規律（Cell，2013﹔Cell，2014）：發現染色體3D結構在胚胎早期發育中從消失到逐漸重建的動態變化（Cell，2017）：以及人類胚胎染色體開放性的重編程規律，即對合子基因組激活及人類進化的作用（Cell，2018）﹔首次揭示了人類早期胚胎中的染色體三維結構的動態變化，並發現CTCF蛋白對於早期胚胎發育中TAD結構的重要調控功能（Nature，2019）。並發現DNA甲基化圖譜是篩選試管嬰兒的潛在分子標記物，有望近幾年用於臨床，提高人類的優生優育。回國十年，已發表通訊作者文章15篇，其中影響因子超過25的文章7篇，已發表文章被引用2100余次。

斑馬魚子代胚胎的DNA甲基化圖譜研究

在胚胎發育過程中，親代的表觀遺傳學信息能否遺傳給子代胚胎是一個尚未回答的科學難題。劉江研究員領導的團隊利用高通量測序平台首次完成斑馬魚多個發育階段單鹼基高分辨率的DNA甲基化圖譜的繪制。該研究發現精子的DNA甲基化圖譜被完整地遺傳給子代胚胎，而卵子的甲基化圖譜在細胞分裂過程中被稀釋而拋棄﹔進而發現精子的甲基化圖譜是一個全能性的表觀遺傳圖譜，在子代胚胎發育中可被用於指導基因的時序表達。該研究結果於2013年5月9日在國際著名學術期刊CELL雜志上作為封面文章發表，研究結果表明除了DNA被遺傳外，表觀遺傳信息也可以遺傳到子代中去，意味著在調控動物發育、表型、甚至疾病等方面，表觀遺傳信息的變異可能和遺傳信息的變異一樣起重要作用﹔研究結果改變了傳統上認為受精后胚胎發育的信息主要是由卵子提供、而精子隻攜帶一套DNA序列的觀念﹔此工作還引發了關於獲得性遺傳對進化驅動作用的新思考。該項研究成果發表后，被CELL、NATURE GENETICS等大量學術期刊專題報導，被評為中科院2013年度重大進展之一。

哺乳動物DNA甲基化的重編程規律和遺傳規律

在哺乳動物裡，胚胎受精后會出現全基因水平的DNA去甲基化。過去一直以來都認為父源DNA是通過主動的方式直接去除DNA上的甲基化，而母源DNA是通過被動的方式去除DNA上的甲基化。劉江研究員與合作者們的研究証明父源和母源DNA都是通過主動去甲基化的方式來實現DNA的去甲基化的。通過物種進化的對比，說明全基因組去甲基化導致了胎盤類哺乳動物印記基因的起源，預示著表觀遺傳重編程的進化，即全基因組去甲基化的產生對進化出胎盤類哺乳動物的過程起非常重要的作用。該研究成果於2014年5月8日發表在CELL雜志上。此研究成果改寫了此領域長期以來的錯誤認識，被CELL STEM CELL、Faculty 1000等進行專題評論。

染色體三維結構重編程

精子、卵子的染色體結構處於一種高度壓縮的狀態，與多數體細胞存在巨大差別。精子和卵子受精后，細胞核中的染色體如何變化並形成體細胞染色體狀態並協助胚胎發育，是一個尚未了解的科學問題。劉江研究員與合作者們於2017年7月14日在CELL雜志上發文，揭示了哺乳動物成熟精子和卵子的染色體三維結構以及在早期胚胎發育過程中染色體結構的重編程變化。該研究發現成熟的卵子沒有拓扑結構域，而在精子中普遍存在超遠程染色體的相互作用：隨著受精卵的發育，染色體高級結構才逐漸建立起來，染色體高級結構的建立不依賴於受精卵基因組轉錄的激活、而是依賴於基因組的復制。這一成果為研究者認識早期胚胎中真實的三維基因組結構做出良好鋪墊，被BioArt評為2017年中國生命科學十大進展之一。

染色質開放狀態的激化機制及其與對進化的作用

在受精之后的兩天時間裡，人類胚胎裡幾乎沒有基因表達。如何讓人的基因開始表達，哪些基因會先表達、哪些基因后表達，一直以來都是研究難點。劉江研究員與合作者們在國際上首次研究了人類胚胎基因組的激活機制。該研究揭示了啟動人類基因組表達的關鍵分子（Oct4）﹔發現在進化歷史中，最先出現的基因（老基因）會先表達、而最后出現的基因往往會后表達，這與老基因的染色質狀態最先被開放相關聯﹔揭示引起人類進化的轉座子恰恰主要在胚胎中處於活躍狀態，使人類基因組產生新突變，而隻有在胚胎中產生的突變，才更可能傳遞到后代中，從而引起人類的進化。該研究成果於2018年3月8日在CELL雜志上在線發表，由此打開了對人類胚胎基因表達調控研究的大門。

揭示人類精子和胚胎特有的染色體結構

基因組的三維結構是由拓扑相關結構域（TAD）基本單元構成，該研究結果顯示，在成熟的人類精子中沒有TAD結構並且沒有檢測到染色質調節蛋白CTCF，這與在小鼠精子中的情況完全不同。受精后，胚胎中TAD結構非常模糊，在后續的胚胎發育中染色體逐漸建立清晰的TAD結構。研究還發現，A/B區室結構在人的2細胞期胚胎中消失，然后在后續發育中重新建立。值得注意的是，不同於小鼠胚胎和果蠅胚胎，在人類早期胚胎中阻斷合子基因組激活（ZGA）可以抑制TAD結構的建立。進一步分析發現CTCF蛋白在合子基因組激活之前表達量非常有限，在TAD結構出現的合子基因組激活時期表達量會迅速上升。在胚胎中敲低CTCF蛋白可以導致TAD結構顯著變弱，這表明在合子基因組激活時CTCF蛋白的表達對於人類早期胚胎的TAD結構建立至關重要。研究成果於12月5日在線發表於《自然》（Nature），首次揭示了人類早期胚胎中的染色體三維結構的動態變化，並發現CTCF蛋白對於早期胚胎發育中TAD結構的重要調控功能，為進一步揭示人類胚胎發育機制提供了理論基礎。

DNA甲基化圖譜篩選人類優良早期胚胎

目前在中國大約有10%－15%的家庭需要輔助生殖技術的幫助，而臨床上輔助生殖的出生率隻有大約30%。因此，如何篩選高質量的囊胚植入母體進而提高試管嬰兒的出生率，是輔助生殖產業中一個極其重要的問題。劉江研究員與合作者們，利用單細胞DNA甲基化組測序，研究發現人類早期胚胎中存在DNA甲基化圖譜的異常，並且胎兒的低出生率與這種狀態相關﹔同時，從DNA甲基化圖譜數據中還能獲得胚胎的染色體非整倍性信息，可用於產前遺傳學診斷。2017年10月20日相關研究成果在《遺傳學報》上發表。該研究成果預示著DNA甲基化狀態是一種潛在新型的分子探針，可以替代目前臨床上篩選囊胚的基因組測序方法，有望提高試管嬰兒的出生率，具有重大的臨床應用價值，有助於人類的優生優育。目前正在進行臨床實驗檢測階段。

由於以上出色的工作，劉江研究員獲得“TWAS Young Affiliate”“杰出青年基金”“中科院青年科學家獎”“李汝祺動物遺傳獎”等榮譽。