牛登科Deng-Ke Niu

生于河北农村，长于河北农村。成年后先后在河北大学、兰州大学、武汉大学、中国科学院水生生物研究所、法国 Université Paul Sabatier, Toulouse III 和北京师范大学等单位攻读学位、做博士后研究或工作。自从上研究生以来，学习过生物学的多个分支学科，想到过一些稀奇古怪的 idea，发表过一些论文，也有了若干年自我感觉良好的教学经历，指导了几十名研究生。

早期主要研究基因组进化，包括环境条件对基因组的影响、细胞器基因组演化、内含子起源与进化以及基因组大小进化等问题。研究做得越多，越经常遇到一种令人不安的情况：得到一个看似有趣的结果，却不知道它反映的究竟是真实的生物学规律，还是分析方法自身带来的偏差。因此，近些年的研究重点逐渐从解释某个具体的进化现象，转向考察我们用来认识这些现象的方法是否可靠。目前，我把自己的研究定位在进化生物学方法、系统发育比较分析与机器学习的交叉地带，尤其关注具有系统发育自相关性、因而不满足独立同分布假设的生物学数据。

现在虽然年纪大了，仍然向往“识人所共识，思人所未思”的工作状态：

“Discovery consists of seeing what everybody has seen and thinking what nobody has thought.”— Albert von Szent-Györgyi

对所有生命现象都感兴趣。限于个人精力和能力，目前主要关注进化生物学研究方法，特别是系统发育自相关性与机器学习之间的关系。

在之前围绕基因组进化、细胞器基因组演化以及内含子与基因组大小进化等问题开展的研究中，我们发现，一些方法得到的结果连我们自己也不放心：经常不知道究竟是我们的想法错了，还是研究方法出了问题。所以最近几年，我们干脆转向研究进化生物学方法，试图从原理上弄清楚这些方法什么时候可信、什么时候可能误导，以及怎样加以改进。

目前主要研究以下问题：

系统发育自相关性与进化生物学方法的可靠性

不同物种不是彼此独立的样本。由于共享进化历史，亲缘关系较近的物种往往具有更相似的性状，这使许多跨物种数据违背普通统计方法所假定的独立同分布条件。忽略这种依赖可能造成参数估计偏倚、统计显著性误判、假阳性增加，也可能使看似很大的物种样本实际上只包含很少的独立信息。

系统发育独立对比、系统发育广义最小二乘、系统发育特征向量回归和祖先状态重建等方法，都是为处理这类问题而发展起来的，但“考虑了系统发育关系”并不等于结果一定可靠。我们通过理论分析、模拟和真实数据研究这些方法的误差来源、适用边界及改进方案。例如，局部发生一次很大的性状变化，可能沿系统发育树传播并扭曲多个祖先节点的重建结果；能否识别这种影响并对受影响的分析进行修补，是我们目前关注的具体问题之一。

系统发育自相关性与机器学习

机器学习模型的训练和性能评估通常也默认样本彼此独立，并来自相同或相近的数据分布。但在多物种数据中，训练集与测试集可能包含亲缘关系很近的物种。随机划分数据时，模型可能借助这种谱系相似性间接“见过”测试信息，从而造成信息泄漏，高估模型面对真正新物种或新类群时的泛化能力。物种数很多也不一定意味着信息很多：如果样本集中于少数亲缘关系很近的类群，其有效信息量可能远低于名义样本量。

我们希望从数据划分、系统发育抽样、有效信息量、训练—测试系统发育相关性、交叉验证、模型选择和结果解释等环节，系统研究系统发育结构如何影响随机森林、支持向量机、神经网络及其他机器学习方法，并据此发展结构感知的分析流程。

系统发育关系也不总是需要消除的“干扰”。在跨类群预测或机制解释中，应尽量控制它，以免模型依赖谱系捷径；在近缘物种预测、缺失数据插补等任务中，它又可能是有用的信息。因此，一个更基本的问题是：在什么研究目标下应当控制系统发育关系，在什么情况下可以利用它，以及怎样避免把“利用已有结构获得较好预测”误解为“发现了可以跨类群推广的生物学规律”。

从系统发育自相关性拓展到其他结构依赖数据

系统发育自相关性是树状层级依赖的一种典型形式。类似的非独立性还广泛存在于空间生态学、时间序列、空间转录组、个体内重复测量和其他具有嵌套结构的数据中。我们希望以系统发育数据为相对清晰的研究对象，逐步把获得的认识拓展到空间、时间及多重自相关同时存在的情形，探索结构依赖条件下统计推断和机器学习的一般规律。

仍然保留的早期研究兴趣

我们仍然关注环境条件对基因组进化的影响、细胞器基因组演化及其序列向细胞核转移的机制、内含子的起源与得失，以及内含子、转座子和其他非编码序列对基因组大小与生物表型的影响。这些已不再是实验室目前的主要研究方向，但如果偶然遇到一个特别有意思、又有可能检验的问题，过去的兴趣也可能被重新激发。

此外，我仍愿意保留一些暂时无法验证的开放性思考。例如，如果未来的人工智能在大多数认知能力上远远超过人类，人类会不会逐渐由技术的主人变成一种被人工智能照料、保护，同时也受到其约束的“宠物”？这目前只是一个大胆的思想实验，而不是成熟的研究项目。但它提醒我们，进化生物学不仅可以解释生命的过去，也可以帮助我们思考智能体之间未来可能形成的共生、依赖、选择与适应关系。

欢迎喜欢生物学、对未知问题保持好奇并愿意认真探索的同学报考我的研究生。我们目前主要研究进化生物学方法，特别关注系统发育自相关性、统计分析与机器学习之间的关系。研究中会使用数学、统计和编程工具，但不要求报考者在入学前已经具有很高的数学或编程水平。纯生物学背景的同学完全可以报考；只要愿意学习，通常经过几个月的练习，就可以掌握开展基本研究所需的计算分析技能。

数学方面同样如此。我们的研究需要理解一些统计原理和数学公式，但并不要求学生在入学时具有数学专业背景，也不要求能够熟练进行复杂的数学推导。重要的是不害怕数学，愿意像我一样，从一个数学符号、一个公式的含义开始，逐步弄清楚它所表达的生物学问题。与已经掌握了多少知识相比，我更看重是否喜欢探索、是否愿意思考，以及遇到不懂的问题时是否肯继续学习。

欢迎所有真正对以下研究方向感兴趣、愿意投入时间思考和学习的同学报考。

已毕业的硕士、博士研究生均找到了理想的工作或到国外理想的学校攻读博士学位、做博士后(包括Harvard Medical School, Yale University, Rice University, The University of Georgia, McMaster University, The University of Houston, Technische Universitaet München、北京生命科学研究所、中国科学院遗传与发育生物学研究所、中国科学院上海生命科学研究院计算生物学研究所、中国农业科学院生物技术研究所、公安部物证鉴定中心、重庆邮电大学、山西大学、 北京市第四中学、首都师范大学附属密云中学、诺和诺德(中国)制药有限公司、新东方教育科技集团等)，详细情况见下面每一位毕业生的链接。

研究生

进修教师、访问学者

• 2014–2015：夏翃，首都医科大学生物医学工程学院
• 2015–2016：倪志华，河北大学生命科学学院

• 《生命科学概论》全校本科生公共选修课
• 《基因组学》生命科学学院研究生课程
• 《微生物生态学》生态学专业本科生

1. 国家自然科学基金面上项目，从受体的角度研究细胞器基因向细胞核基因组转移的机制，60万元，2017年1月至2020年12月，项目批准号：31671321。
2. 北京师范大学自主科研基金项目，真核生物编码蛋白质基因内部结构进化，35万元，2014年9月至2017年8月，项目编号：2014KJJCB18。
3. 国家自然科学基金面上项目，基因组大小与内含子进化的比较研究，80万元，2014年1月至2017年12月，项目批准号：31371283。
4. 国家自然科学基金面上项目，近缘物种间和物种内内含子数目变异的进化机制，35万元，2011年1月至2013年12月，项目批准号：31071112。
5. 教育部“新世纪优秀人才支持计划”，50万元，2008年1月至2010年12月。
6. 国家自然科学基金面上项目，多细胞生物起源及其与癌发生的比较研究，18万元，2003年1月至2005年12月，项目批准号：30270695。

• 基因组蛋白质组与生物信息学报（Genomics, Proteomics & Bioinformatics）编委（2012-2019）, BMC Genomics 编委（2021-）。
• 为以下期刊评审稿件： Current Biology, Genome Biology, Microbiology and Molecular Biology Reviews, Trends in Genetics, PLoS Genetics, Nucleic Acids Research, Molecular Biology and Evolution, Genome Biology and Evolution, Plant Journal, Bioinformatics, BioEssays, BMC Evolutionary Biology, BMC Genomics, Journal of Molecular Evolution, Molecular Genetics and Genomics, Genetica, Scientific Reports, PLoS ONE, Marine Genomics, Frontiers in Plant Science, Frontiers in Genetics, Journal of Integrative Plant Biology, Horticulture Research, Hereditas, Evolutionary Bioinformatics, Current Genomics, Cellular & Molecular Biology Letters, Genomics, Proteomics & Bioinformatics, Genes & Genomics, 科学通报、生物化学与生物物理进展、微生物学报、生物物理学报、生物学通报等；评审稿件数量见附件。
• 为一些部门评审项目论文：国家自然科学基金委员会、科技部863项目、教育部（优秀博士论文）、美国国家科学基金 National Science Foundation、奥地利 Austrian Science Fund (FWF, Stand-alone Project)、以色列 Ministry of Science, Culture and Sport (bi-national Israeli-French research program)、南非 National Research Foundation, Research Chair program。
• 为本校或其他兄弟院校评审学位论文。

注：论文版权分别属于不同出版社或作者，限非营利性个人使用。这些论文被引用次数见我的 ResearcherID B-6007-2008 与 Google Scholar。

• 2026
  Cheng Y, Chen C, Niu DK (2026). Ancestral state reconstruction under localized evolutionary change: error patterns and their control by tree partitioning. bioRxiv, 2026.10.12.758557.
• 2026
  Huang R, Qi B, Niu DK (2026). Phylogenetic dependence and effective information in species-level model evaluation. bioRxiv, 2026.05.22.727088.
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  Chen ZL, Huang R, Guo HJ, Niu DK (2026). Improving the robustness of phylogenetic independent contrasts: addressing abrupt evolutionary shifts with outlier- and distribution-guided correlation. Systematic Biology, syag024.
• 2026
  Chen ZL, Niu DK (2026). Optimizing phylogenetic eigenvector regression: union eigenvectors, robust estimation, and flexible application to comparative analyses. Evolution, 80(5): 912–925.
• 2023
  Liu ZL, Hu EZ, Niu DK (2023). Investigating the relationship between CRISPR-Cas content and growth rate in bacteria. Microbiology Spectrum, 11(3): e03409-03422.
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  Lan XR, Liu ZL, Niu DK (2022). Precipitous increase of bacterial CRISPR-Cas abundance at around 45°C. Frontiers in Microbiology, 13: 773114.
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  Hu EZ, Lan XR, Liu ZL, Gao J, Niu DK (2022). A positive correlation between GC content and growth temperature in prokaryotes. BMC Genomics, 23(1): 110.
• 2022
  Ma MY, Xia J, Shu KX, Niu DK (2022). Intron losses and gains in the nematodes. Biology Direct, 17(1): 13.
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  Li X, Fang C, Zhao JP, Zhou XY, Ni Z, Niu DK (2020). Desiccation does not drastically increase the accessibility of exogenous DNA to nuclear genomes: evidence from the frequency of endosymbiotic DNA transfer. BMC Genomics 21: 452 [全文].https://doi.org/10.1186/s12864-020-06865-8.
• 2019
  Ni Z, Zhou XY, Aslam S, Niu DK (2019). Characterization of human dosage-sensitive transcription factor genes. Frontiers in Genetetics 10: 1208. [全文]. https://doi.org/10.3389/fgene.2019.01208.
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  Aslam S, Lan XR, Zhang BW, Chen ZL, Wang L, Niu DK (January 2019). Aerobic prokaryotes do not have higher GC contents than anaerobic prokaryotes, but obligate aerobic prokaryotes have. BMC Evolutionary Biology 19: 35 [全文].https://doi.org/10.1186/s12862-019-1365-8.
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  Chen H, Wang Q, Yin Y, Li S, Niu DK, Wang H (April 2018). Genotypic variations between wild-type and small colony variant of Staphylococcus aureus in prosthetic valve infectious endocarditis: a comparative genomic and transcriptomic analysis. International Journal of Antimicrobial Agents 51: 655-658 [全文].https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2017.12.006.
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• 2015
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  Ma MY, Zhu T, Li XN, Lan XR, Liu HY, Yang YF and Niu DK (May 2015). Imprecise intron losses are less frequent than precise intron losses but are not rare in plants. Biology Direct 10: 24. [全文] http://dx.doi.org/10.1186/s13062-015-0056-7.
• 2014
  Jiang L, Li XN and Niu DK (June 2014). Higher frequency of intron loss from the promoter proximally paused genes of Drosophila melanogaster: Evidence consistent with delays in intron splicing as a selective force. Fly 8: 120-125 [全文] http://dx.doi.org/10.4161/fly.29489.
• 2013
  Yang YF, Zhu T and Niu DK (April 2013). Association of intron loss with high mutation rate in Arabidopsis: Implications for genome size evolution. Genome Biology and Evolution 5: 723-733 [全文] doi: 10.1093/gbe/evt043.(研究论文) 本文得到F1000专家Victor Norris和John Herrick推荐为“Very Good”，.
• 2013
  Zhu T and Niu DK (April 2013). Mechanisms of intron loss and gain in the fission yeast Schizosaccharomyces. PLOS ONE 8: e61683.[全文] doi:10.1371/journal.pone.0061683. (研究论文)
• 2013
  Zhu T and Niu DK (March 2013). Frequency of intron loss correlates with processed pseudogene abundance: a novel strategy to test the reverse transcriptase model of intron loss. BMC Biology 11: 23. [全文]doi:10.1186/1741-7007-11-23 (研究论文)
• 2013
  Niu DK and Jiang L (January 2013). Can ENCODE tell us how much junk DNA we carry in our genome? Biochemical and Biophysical Research Communications 430: 1340-1343.[全文](观点评论)
• 2011
  Niu DK and Yang YF (May 2011). Why eukaryotic cells use introns to enhance gene expression: Splicing reduces transcription-associated mutagenesis by inhibiting topoisomerase I cutting activity. Biology Direct 6: 24 doi:10.1186/1745-6150-6-24. [全文](观点假说)
• 2011
  Hou WR, Li M and Niu DK (October 2011). Counting citations in texts rather than reference lists to improve the accuracy of assessing scientific contribution. BioEssays 33: 724-727. [全文](研究论文)此文被BioEssays专门Highlight了一下：Making a deeper impact: How to measure your actual scientific footprint? 国际同行的后续研究，"By asking authors to identify the key references in their own work, we created a data set in which citations were labeled according to their academic influence. Using automatic feature selection with supervised machine learning, we found a model for predicting academic influence that achieves good performance on this data set using only four features. The best features, among those we evaluated, were those based on the number of times a reference is mentioned in the body of a citing paper....One of our main results is that counting the number of times a paper is cited (countsInPaper_whole) is one of the best predictors of how influential a reference is. This confirms an earlier result by Hou et al. (2011, p. 726) who stated,... "
• 2010
  Zhang LY, Yang YF and Niu DK (December 2010). Evaluation of models of the mechanisms underlying intron loss and gain in Aspergillus fungi. Journal of Molecular Evolution 71:364-373. [全文](研究论文)
• 2010
  Niu DK and Cao JL (August 2010). Nucleosome deposition and DNA methylation may participate in the recognition of premature termination codon in nonsense-mediated mRNA decay. FEBS Letters 584: 3509-3512.[全文](观点假说)
• 2009
  Li N, Lv J and Niu DK (March 2009). Low contents of carbon and nitrogen in highly abundant proteins: Evidence of selection for the economy of atomic composition. Journal of Molecular Evolution 68: 248-255. [全文] (研究论文)
• 2008
  Niu DK (November 2008). Exon definition as a potential negative force against intron losses in evolution. Biology Direct 3: 46 doi:10.1186/1745-6150-3-46. [全文] (观点假说)
• 2008
  Lv J, Li N and Niu DK (October 2008). Association between the availability of environmental resources and the atomic composition of organismal proteomes: Evidence from Prochlorococcus strains living at different depths. Biochemical and Biophysical Research Communications 375: 241-246. [全文] (研究论文)
• 2008
  Wang HF, Hou WR and Niu DK (June 2008). Strand compositional asymmetries in vertebrate large genes. Molecular Biology Reports 35: 163-169. [全文] (研究论文)
• 2008
  Huang YF and Niu DK (May 2008). Evidence against the energetic cost hypothesis for the short introns in highly expressed genes. BMC Evolutionary Biology 8: 154. [全文] (研究论文)
• 2007
  Li SW, Feng L and Niu DK (August 2007). Selection for the miniaturization of highly expressed genes. Biochemical and Biophysical Research Communications 360: 586-592. [全文] (研究论文) 我们在这篇文章上倾注了大量心血，对研究结果也很满意。但此文投稿过程颇为曲折，历经多种期刊、无数次修改，见识了形形色色的审稿意见，当然从中我们也学到了很多。
• 2007
  Niu DK (April 2007). Protecting exons from deleterious R-loops: a potential advantage of having introns. Biology Direct 2: 11. [全文] (观点假说)
• 2007
  Feng L and Niu DK (February 2007). Relationship between mRNA stability and length: An old question with a new twist. Biochemical Genetics 45: 131-137. [全文] (研究论文)
• 2007
  Wang HF, Feng L and Niu DK (March 2007). Relationship between mRNA stability and intron presence. Biochemical and Biophysical Research Communications 354: 203-208. [全文]. (研究论文) 很高兴，最近J. Biol. Chem.上发表的一篇实验论文证实了我们计算的结果，“The half-life of KC mRNA was markedly prolonged when the primary transcript was obtained from a genomic clone containing three introns as compared with the half-life observed with sequence-identical KC mRNA derived from an intron-free cDNA construct….“
• 2006
  Hou WR, Wang HF and Niu DK (June 2006). Replication-associated strand asymmetries in vertebrate genomes and implications for replicon size, DNA replication origin and termination. Biochemical and Biophysical Research Communications 344: 1258-1262. [全文] (研究论文)
• 2005
  Niu DK (November 2005). Low-level illegitimate transcription of genes may be to silence the genes. Biochemical and Biophysical Research Communications 337: 413-414. [全文] (观点假说)
• 2005
  Niu DK, Hou WR and Li SW (June 2005). mRNA-mediated intron losses: Evidence from extraordinarily large exons. Molecular Biology and Evolution 22: 1475-1481. [全文] (研究论文)
• 2004
  Song L, Niu DK, Lei L, Ou D, Gevrey M, Liu Y, Hou G and Lek S (2004). Predictive model of algal blooms in Dianchi Lake using artificial neural networks. The Japanese Journal of Phycology 52: S41-S47. (研究论文)
• 2003
  Niu DK, Lin K and Zhang DY (September 2003). Strand compositional asymmetries of nuclear DNA in eukaryotes. Journal of Molecular Evolution 57: 325-334. [全文] (研究论文)
• 2001
  Niu DK, Chen JK and Liu YD (March 2001). Margulis' theory on division of labor in cells revisited. Acta Biotheoretica 49: 23-28. [全文] (研究论文)
• 1998
  Niu DK and Chen JK (1998). Origin of cancerous cells from tumour. Acta Biotheoretica 46: 379-381. [全文] (观点假说)
• 1997
  Niu DK and Chen JK ( July 1997). Evolutionary advantages of cell specialization: Save and protect DNA. Journal of Theoretical Biology 187: 39-43. [全文] (观点假说)
• 1997
  Niu DK, Wang MG and Wang YF (June 1997). Plant cellular osmotica. Acta Biotheoretica 45: 161-169. [全文] (观点假说)
• 1995
  Niu DK and Wang YF (September 1995). Why animals have tumours. Acta Biotheoretica 43: 279-280. [全文] (观点假说) 第一作者现在自己认为此文中关于肿瘤的假说正确的可能性微乎其微，请读者慎重引用。
• 1995
  倪建福，周文麟，牛登科等. (1995). 长穗偃麦草DNA导入小麦后代变异系醇溶蛋白的研究。西北植物学报 15(5): 21-24。(研究论文)
• 1995
  王鸣刚，牛登科等. (1995). 小麦耐盐变异体的筛选。II. 小麦耐盐细胞系的筛选及生理生化特性的分析。西北植物学报 15(5): 15-20。(研究论文)
• 1995
  高清祥，王鸣刚，牛登科等. (1995). 离体筛选小麦变异系的研究。西北植物学报 15(8): 144-152。 (研究论文)
• 1995
  裴新梧，倪建福，仲乃琴，牛登科. (1995). 用改良缺体回交选育小麦──黑麦异代换系。甘肃农业科技 1995(5): 3-4。(研究论文)

• 2003

  8 月至今在北京师范大学生命科学学院工作， 2003 年 9 月至2008 年 8 月任副教授，2008 年 9 月至今任教授。

• 2001

  11 月至 2003 年 8 月在北京师范大学生命科学学院生态研究所做博士后研究。

• 2000

  9 月至 2001 年 8 月在法国国家研究部得资助下在法国国家研究中心 (CNRS)- 图卢兹第三大学 ( Université Paul Sabatier, Toulouse III) 的联合实验室 CESAC 做博士后合作研究。

• 1999

  7 月至 2001 年 11 月在中国科学院水生生物研究所进行博士后研究， 2001 年 11 月获得中国科学院副研究员任职资格。

• 1996

  9 月至 1999 年 7 月在武汉大学生命科学学院植物学专业学习，获理学博士学位。

• 1993

  9 月至 1996 年 7 月在兰州大学生物学系细胞生物学专业学习，获理学硕士学位。

• 1989

  9 月至 1993 年 7 月在河北大学生物学系微生物及生化专业学习，获理学学士学位。

• 1971

  生于河北农村。