实验室定位于应用基础研究，围绕国家粮食安全、农业绿色发展等重大战略需求，聚焦作物种源自主创新，开展主要农作物遗传改良关键技术研发，创制水稻、玉米、油菜、棉花等作物优异新种质并培育重大新品种，回答关键技术和种质创新背后的重大科学问题，支撑我国主要农作物种源安全和绿色发展。

主要研究对象：水稻、油菜、玉米、棉花、小麦、大豆等主要农作物。

实验室以突破我国主要农作物优异种质和重大品种短缺等瓶颈问题为导向，围绕种质创新核心关键技术研发和主要农作物优异新种质和重大品种创制等重点任务，聚焦优异种质性状形成的机理、种质改良技术和新品种培育等科技问题，凝练出以下四个研究方向。

（1）优异种质基因组结构与演化。解析作物基因组结构和功能元件在重要农艺性状形成中的作用机制，揭示作物基因组多维结构及其动态规律、重要性状演化和驯化机制，为基因组水平的种质改良提供理论支撑。

（2）优异种质性状遗传基础及调控。分离和鉴定高产、优质、抗逆、功能营养、宜机化等优异种质性状相关重要基因和调控元件，解析优异种质性状的分子调控网络，探究作物与主要病虫和环境因子相互作用的生物学机理，为多性状协同改良提供关键基因和调控元件组合。

（3）种质改良和育种技术创新。重点建立和完善基因组育种技术体系，包括种质资源高效精准鉴定、基因的精准导入、非基因型依赖的高效遗传转化、新型基因编辑、新型单倍体诱导、杂优利用新途径、智能育种等技术，支撑优异种质创制和生物育种技术革新。

（4）优异种质创制及应用。基于优异种质形成的基因组和遗传机理，整合利用种质改良和育种新技术创制兼具高产优质营养和绿色高效的水稻、玉米、油菜、棉花等主要粮油棉作物优异新种质和重大新品种。