1. 作物感受低温信号网络与分子设计：
1）发现水稻低温感受器复合物及其信号网络，揭示了耐寒性关键基因起源于中国野生稻；
2）通过功能基因组等组学研究，发现了多个基因对水稻耐逆与生长发育的调控，为水稻耐寒分子设计育种奠定理论基础；
3）探索水稻高产优质耐逆分子设计育种技术路径。发现小麦感知春化控制开花的机制，揭示蛋白质糖基化和磷酸化修饰和非编码RNA表观遗传的调控网络。
2. 苜蓿耐逆性状分子设计：
1）研发高通量表型组技术体系；
2）基于紫花苜蓿的基因组自然变异，通过表型组学、基因组学等多组学手段，挖掘苜蓿耐逆基因和功能模块；
3）利用现代分子生物学技术，开展苜蓿耐逆功能基因模块的解析，构建苜蓿耐逆调控网络，为创制耐逆苜蓿设计新材料提供候选分子模块；
4）探索苜蓿高产高蛋白多模块耦合精准设计育种技术路径。
以拟南芥和豆科植物为主要实验材料，开展植物发育和耐逆的分子机理研究，主要研究方向为：
1. 相素化修饰的生物学功能研究；
2. 大豆高产分子模块解析及分子模块育种；
3. 紫花苜蓿复杂性状解析及分子设计育种。
从事以抗盐为主线的植物抗逆机理及抗逆植物应用研究，包括：
1.盐生植物耐高盐的分子机理 以特定盐生植物盐角草（Salicornia）为材料，利用比较蛋白质组、转录组和基因组学方法，对盐应答相关蛋白和抗盐基因进行了系统的分离、鉴定和功能分析，揭示了盐角草蛋白共同参与植物的抗逆反应的动态调控网络以及盐渍生境下碳氮协同代谢的机理；克隆了多个耐盐基因，发现了耐盐相关基因提高植物抗病性的新功能，比较鉴别盐生植物和甜土植物来源的抗盐基因在表达调控和功能上的异同及相关机理；
2.植物抗逆性的细胞及基因工程 采用植物组织和细胞培养、突变体筛选，结合转基因技术，培育抗盐芹菜（Apium）、菾菜(Beta)、菜用蒲公英（Taraxacum）、番茄（Lycopersicum）等耐盐蔬菜新种质；
3.耐盐植物的筛选驯化 通过种质资源收集、耐盐品比、遗传稳定性分析，从现有栽培蔬菜和野生盐生植物类群中筛选具有作物潜力的种类，获得“海芦笋”（Salicornia）等耐海水蔬菜新种质；
4.抗盐耐海水蔬菜新品种选育和滩涂海水栽培集成应用 将抗盐蔬菜种质栽培与海水平衡营养及设施技术相结合，实现了用海水灌溉和海水无土栽培，并大规模种植的应用目标。
１. 植物代谢物的合成及其功能研究
植物合成并积累种类繁多的代谢物。这些代谢物在植物的生长发育、环境适应中发挥着重要作用；一些特殊的代谢物是重要药物和人体必需的重要营养成分。目前人们对植物代谢物及其合成途径和调控网络还了解甚少。我们以水稻、丹参等为主要研究材料，采用分子生物学以及包括代谢组学在内的分子系统生物分析方法系统地解析植物萜类及其它代谢物的生物合成途径及其调控机理，重点揭示代谢物和及其合成途径的生物学功能。
２. 植物代谢组学及其应用
植物合成的代谢物有20万至100万种之多，且结构与理化性质差异很大，从而使植物的代谢组学研究更具挑战性。我们使用先进的分析仪器，结合现代组学和系统生物的数据分析手段，进行植物代谢物的定性和定量分析；探索代谢组学在揭示植物科学、农业生产和环境安全等领域的应用前景。
３. 植物持久抗病性的分子机制研究
作物的持久抗病性在农业生产中具有重要的应用价值，如，小麦条锈病在我国小麦主产区发病严重，危害小麦产量。然而小麦的基因组庞大、复杂，严重阻碍了其功能基因组学的研究。我们利用基因组较小、具有全基因组序列的二穗短柄草为模式植物，全面解析麦类作物与麦类锈菌的互作机制，为麦类作物的持久抗病品种培育和农业可持续发展提供理论依据。
随着全球气候变暖的加剧，极端高温热害、旱害等频繁发生，给玉米生产带来严重影响。热害导致的生殖器官发育异常是导致玉米减产的主要原因之一。因此，挖掘玉米生殖器官发育及耐热关键基因，解析其分子机制，构建玉米热胁迫分子调控网络，将为玉米抗性改良提供基因资源和新思路。
本研究组以玉米为主要研究材料，开展生殖器官发育和高温胁迫相关的分子机理研究，主要研究方向为：
1. 关键耐热基因挖掘及分子机制解析；
2. 玉米雄穗发育的分子机理解析；
3. 分子设计育种。
植物生长发育和环境适应平衡机制、数智育种以及种质创新利用研究