1、濒危动物分子生态与保护生物学。地质和气象事件，以及人类经济活动，会造成野生动物濒危。而一旦落入濒危这一灭绝旋涡，种群将随着近亲繁殖加剧、遗传变异降低、环境适应能力减弱、繁殖能力下降和死亡率增高等一系列衰退问题的出现而导致其更加脆弱。本研究方向以我国I级重点保护的濒危动物大熊猫、朱鹮和扬子鳄为对象，在揭示种群的进化历史，阐明物种适应环境的分子机制的基础上，集成了这三个物种小种群精细遗传学管理和野生种群重建的技术规程，为大熊猫、朱鹮和扬子鳄的拯救工程，做出了重要贡献。研究成果获国家技术发明二等奖、教育部自然科学奖二等奖。
2、濒危植物分子生态、亲缘地理与保护生物学。深入研究东亚植物多样性的形成与维持机制及其对全球变化的响应，是我国植物资源保护与可持续利用的重中之重，也是国家的重大战略需求之一。本研究方向系统研究了中国-日本植物区系的不同植被类型代表植物类群的现代地理分布格局、遗传多样性形成、谱系分化与古环境变迁关系。研究成果丰富与发展了东亚植物区系理论，对该地区生物多样性和特有物种保护做出了重要的贡献。获在学科主流杂志如New Phytol., GigaScience, Mol. Ecol., J. Biogeogr., Mol. Phylogenet. Evol.等发表SCI论文60余篇。并应邀在MPE杂志撰写有关东亚亲缘地理综述论文，受到国际同行的广泛关注。研究成果获教育部自然科学奖二等奖1项，浙江省科技进步二等奖2项、三等奖1项，自然科学学术一等奖1 项。
3、基因组学与分子进化。性别的决定和性染色体的演化是进化生物学乃至整个人类社会关心的古老而又历久弥新的课题。本研究方向科学工作的重点是靶向研究经典的动植物性染色体进化和性别决定机制，运用前沿的新技术测序和生物信息的方法，进一步发展非模式物种中的基因组编辑技术，以期望可以在鸟瞰全基因组进化格局的同时，对特定基因进行功能刻画。本研究方向主要致力于性染色体分子进化相关课题的研究。十几年来运用分子生物学和生物信息学的研究手段先后研究过国家一级保护哺乳动物黑麂、果蝇、五步蛇和鸟类等不同物种，以这些动物为模型，从基因组水平阐明了雄性Y染色体退化的一般机理和机制。本领域至今总共发表论文28篇，其中以第一作者或者通讯作者身份发表文章于国际顶级杂志Science, Genome Biology, Genome Research和Current Biology共12篇，包括两篇受邀综述发表于Annual Review of Ecology, Evolution and Systematics和Journal of Genetics and Genomics。研究成果曾获得国家自然科学奖二等奖。
4、哺乳动物生殖生物学。近年来主要研究哺乳动物卵母细胞成熟、受精和早期胚胎激活的调控机制。发现ERK1/2和BTG4在卵子成熟过程和受精中促进母源性mRNA的翻译和降解，YAP是促进胚胎基因组激活的关键母源转录辅因子。发现促性腺激素通过激活MAPK信号通路及其靶基因CITED4诱导卵母细胞成熟和排卵。研究了TGF-β和PI3K信号通路在卵泡发育和排卵中的功能，建立了激素诱导排卵的关键信号转导网络。在卵泡维持机制和卵巢早衰研究中取得重要进展，发现CRL4复合体在雌性生殖力维持尤其是卵母细胞存活和受精卵重编程中的作用，证明CRL4通过降解蛋白磷酸酶PP2A调控减数分裂细胞周期进程，为卵巢早衰和雌性不孕不育提供新的分子机制。这些研究揭示了重要基因在卵巢中的生理病理功能，发表在Science，Nature Structural & Molecular Biology等期刊上。近五年发表论文30余篇，其中通讯作者22篇。他引600余次。
代表性成果（论文、专著、获奖）：
1. Wan QH, Pan SK, Hu L, Zhu Y, Xu PW, Xia JQ, Chen H, He GY, He J, Ni XW, Hou HL, Liao SG, Yang HQ, Chen Y, Gao SK, Ge YF, Cao CC, Li PF, Fang LM, Liao L, Zhang S, Wang MZ, Fang SG*, 2013. Genome analysis and signature discovery for diving and sensory properties of the endangered Chinese alligator. Cell Research, 23:1091-1105；
2. Wan QH, Zhu L, Wu H, Fang SG*, 2006. Major histocompatibility complex class II variation in the giant panda (Ailuropoda melanoleuca). Molecular Ecology, 15:2441-2450；
3. 1999年度“大熊猫DNA指纹探针研制及DNA提取方法的建立”获得国家技术发明二等奖；
4. 2010年度“大熊猫保护遗传学研究”获得教育部自然科学二等奖；
5. 2008年度“濒危药用植物八角莲的保护遗传学及可持续利用”获得浙江省科学技术奖二等奖；
6. 2013年度“天目山植物多样性与珍稀濒危物种保育关键技术研究”获得浙江省科学技术奖二等奖；
7. 2016年度“中国及其邻近地区暖温带森林特有植物类群的谱系地理与物种形成”获得高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖二等奖；
8. Cao YN, Wang IJ, Chen LY, Ding YQ, Liu LX, Qiu YX*, 2018. Inferring spatial patterns and drivers of population divergence of Neolitsea sericea (Lauraceae), based on molecular phylogeography and landscape genomics. Mol. Phylogenet. Evol., 126:162–172；
9. Wang YH, Jiang WM, Comes HP, Hu FS, Qiu YX*, Fu CX, 2015. Molecular phylogeography and ecological niche modelling of a widespread herbaceous climber, Tetrastigma hemsleyanum (Vitaceae): insights into Plio-Pleistocene range dynamics of evergreen forest in subtropic China. New Phytol., 206:852–867；
10. Chen C, Qi ZC, Xu XH, Koch MA, Comes HP, Jin XJ, Fu CX, Qiu YX*, 2014. Understanding the formation of Mediterranean-African-Asian disjunctions: Evidence for Miocene climate-driven vicariance and recent long-distance dispersal in the Tertiary relict Smilax aspera L. (Smilacaceae). New Phytol., 204:243–255；
11. Qi XS, Chen C, Comes H , Sakaguchi S, Liu YH, Tanaka N, Sakio H, Qiu YX*, 2012. Molecular data and ecological niche modelling reveal a highly dynamic evolutionary history of the East Asian Tertiary relict Cercidiphyllum (Cercidiphyllaceae). New Phytol., 196:617–630. (Highlighted in New Phytol. “Commentary”)；
12. Zhai SN, Comes HP, Nakamura K,Yan HF, Qiu YX*, 2012. Late Pleistocene lineage divergence among populations of Neolitsea sericea (Lauraceae) across a deep sea-barrier in the Ryukyu Islands. J. Biogeogr., 39:1347–1360；
13. Yin W, Wang ZJ, Li QY, Lian JM, Zhou Y, Lu BZ, Jin LJ, Qiu PX, Zhang P, Zhu WB, Wen B, Huang YJ, Lin ZL, Qiu BT, Su XW, Yang HM, Zhang GJ, Yan GM, Zhou Q*, 2016. Evolutionary trajectories of snake genes and genomes revealed by comparative analyses of five-pacer viper. Nat Commun., 7:13107；
14. Zhou Q*, Zhang J, Bachtrog D, An N, Huang Q, Jarvis ED, Gilbert MTP, Zhang G, 2014. Sex chromosomes demonstrate complex evolutionary trajectories across bird taxa. Science. 346:1332；
15. Zhou Q, Bachtrog D, 2012. Sex-specific adaptation drives early sex chromosome evolution in Drosophila. Science. 337:341-345；
16. Zhou Q, Zhang G, Zhang Y, Xu S, Zhao R, Zhan Z, Li X, Ding Y, Yang S, Wang W, 2008. On the origin of new genes in Drosophila. Genome Res., 18:1446-1455；
17. Zhou Q, Wang J, Huang L, Nie W, Wang J, Liu Y, Zhao X, Yang F, Wang W, 2008. Neo-sex chromosomes in the black muntjac recapitulate incipient evolution of mammalian sex chromosomes. Genome Biol., 9:R98；
18. Yu C, Zhang YL, Pan WW, Li XM, Wang ZW, Ge ZJ, Zhou JJ, Cang Y, Tong C, Sun QY*, Fan HY*, 2013.CRL4 complex regulates mammalian oocyte survival and reprogramming by activation of TET proteins. Science, 342:1518-1521；
19. Fan HY, Liu Z, Shimada M, Sterneck E, Johnson PF, Hedrick SM, Richards JS*, 2009.MAPK3/1 (ERK1/2) in ovarian granulosa cells are essential for female fertility.Science, 324:938-941；
20. Yu C, Ji SY, Sha QQ, Dang Y, Zhou JJ, Zhang YL, Liu Y, Wang ZW, Hu B, Sun QY, Sun SC, Tang F, Fan HY*, 2016. BTG4 is a Meiotic Cell Cycle-Coupled Maternal-Zygotic Transition Licensing Factor in Oocytes. Nature Structure and Molecular Biology, 23: 387-394；
21. Yu C, Ji SY, Dang YJ, Sha QQ, Yuan YF, Zhou JJ, Yan LY, Qiao J, Tang F, Fan HY*, 2016. Oocyte-expressed yes-associated protein is a key activator of the early zygotic genome in mouse. Cell Res., 26:275-87；
22.Yu C, Ji SY, Sha QQ, Sun QY, Fan HY*, 2015. CRL4-DCAF1 ubiquitin E3 ligase directs protein phosphatase 2A degradation to control oocyte meiotic maturation. Nature Communication, 6:8017.