研究组将整合基础生物学（如遗传学、细胞生物学、生物化学和分子生物学、发育生物学、计算生物学、生物物理学等）和先进技术手段（如活体延时成像、高分辨率时空组学、计算建模、机器学习等），对饲草作物的关键生物性状（形态特征、营养分配、演化适应等）进行还原论解析，进而利用合成生物学等手段进行饲草作物设计育种。
研究组主要从三个角度开展饲草生物学研究和设计育种：
1. 饲草重要性状的系统解析和合成设计;
2. 饲草重要性状的多样性;
3. 饲草重要性状的可塑性。
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研究方向：
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研究方向：
植物离体培养中细胞全能性与再生的分子基础。
以拟南芥为主要研究材料，研究植物激素调控植物细胞脱分化和分化过程的分子基础和以及植物细胞全能性获得和干细胞组织中心重建的分子机制。
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研究方向：
1. 植物矿物离子
2. 低积累重金属安全作物培育
3. 重金属污染修复技术研发
4. 耐盐碱作物培育
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研究方向：
以拟南芥、作物和苜蓿为材料，研究生长素等植物激素与发育的分子机理。研究内容包括：
1）生长素的作用机理；
2）作物产量性状的分子基础；
3）苜蓿自交不亲和性的分子机制
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研究方向：
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。
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研究方向：
1.植物细胞全能性和再生的分子基础 主要以拟南芥为材料，研究植物细胞全能性和再生的分子调控，解析植物再生能力决定以及激素调控体细胞命运转变和再生的分子基础。
2.植物器官发生和发育的分子调控 主要以小麦和苜蓿为材料，研究器官发生发育和大小的分子控制，解析植物激素信号和环境信号调控器官发生和发育的分子基础，鉴定控制器官发育和大小的重要功能基因，为作物和饲草分子设计提供依据。
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研究方向：
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。
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研究方向：
1.植物表皮发育和调控途径；
2.植物细胞形态建成；
3.细胞骨架与重力感应；
4.作物表皮发育和逆境。