经过亿万年的进化，自然界孕育了数以百万计的生物物种。潜藏于这些宏观物种多样性的背后是基因的多样性和生物体内行使各种功能的化学小分子与生物大分子。很多从植物、微生物、动物中分离得到的天然产物（即次生代谢产物）具有非常重要的作用，如信号传导、御敌等。不仅如此，很多天然产物还具有重要的药理活性，如抗肿瘤、抗病毒、抗菌、免疫调节等，是药物研发的重要来源。我们课题组关注于：(1) 这些具有复杂化学结构和重要生理活性的小分子在生物体内如何被合成？(2) 这些天然产物的生物合成酶具有怎样的三维结构，并以何种机制催化这些化合物的生成？(3) 能否将这些天然产物的生物合成途径与高效的化学合成策略、合成方法学相结合，从而高效、高选择性制备具有药理活性的天然产物及其类似物并用于药物开发？基于上述问题，我们课题组将合成生物学、有机合成化学、生物化学、结构生物学等手段相结合，在天然产物生物合成机制、合成酶的结构与催化机制、合成酶的定向进化、酶催化反应驱动的天然产物合成等方面进行探究。

我们课题组的第二个研究方向是酶催化的不对称反应，用于实现手性小分子药物的高效、高选择性的绿色合成。我们希望通过定向进化策略和计算模拟方法对一些已知的氧化还原酶、氨基酶、金属酶等进行改造，以开发媲美甚至优于金属催化和有机小分子催化的不对称反应，并将其应用于手性小分子药物的绿色高效合成。

我们课题组的第三个研究方向是针对与癌症相关的一些重要药物靶点，发展小分子药物先导化合物。