植物分子生理与发育研究
围绕重要生理现象及过程，重点开展植物激素信号转导和重要器官形成的分子调控机制、解析小RNA生物合成、植物表观遗传调控的分子机制、植物离子组学以及重要物质的代谢调控研究，为植物生物学前沿研究提供重要理论基础，同时指导植物分子育种及定向生物合成研究。
重要成果
植物防御素在水稻镉积累中的调控新机制
水稻是我国重要的、也受重金属污染危害显著的粮食作物。实验室龚继明团队通过离子组学平台，系统鉴定了能较好代表中国水稻遗传多样性的核心种质资源库以及一些代表品种，发现在水稻籽粒和叶片中镉积累及其与其它营养离子积累的相关性都具有很好的多态性，预示定向控制重金属离子在水稻不同部位间积累是可行的。进一步的研究从TN1和CJ06的遗传群体中克隆到一个特异调控镉在水稻叶片中积累的主效QTL基因CAL1，研究表明该基因编码一个植物防御素类似蛋白，该蛋白通过螯合镉并跨细胞膜分泌到胞外的方式，将镉从细胞质中卸载出来，进入木质部中参与长途转运。由于二者的紧密结合，所以可能进一步屏蔽掉了这些螯合态镉再次跨膜通过韧皮部向水稻籽粒的再分配过程，从而定向调控其在叶片等营养器官的积累。相关研究成果于2018年发表在Nature Communications期刊。
植物抗虫防御反应时序性变化及调控机制
茉莉素是植物抵御昆虫取食的重要激素。实验室陈晓亚团队发现，在模式植物拟南芥成长过程中，茉莉素信号由强变弱，但抗虫性却由弱变强。这种相反相成的抗性变化是如何调控的呢？研究发现微小核酸miR156影响植物中的茉莉素信号输出和抗虫反应。已知miR156靶向的SPL是控制植物从幼年期向成年期过渡的关键因子。随着植物的生长miR156水平降低，SPL含量逐渐升高，促进进入生殖生长期，开花结果。SPL能够与JA途径信号的多个JAZ蛋白结合，阻碍JAZ的泛素化降解，导致JA信号与抗虫反应衰减。同时，具有抗虫作用的次生代谢化合物（如芥子糖苷）却随着植物的生长而积累，不断充实植物的组成性抗虫能力。
本研究揭示了植物抗虫防御能力动态变化的一个重要规律。植物在幼年期次生代谢成分含量很低，抗虫反应依赖于快速灵敏的茉莉素信号途径。随着植物的生长，一方面年龄因子miR156-SPL逐渐削弱茉莉素信号，另一方面防御化合物不断积累，渐渐成为植物抗虫的主要手段。这一发现不仅揭示了植物精妙的抗虫机制，对设计更加科学合理的农田及森林虫害防治策略也具有重要的指导意义。相关研究成果于2017年发表在Nature Communications期刊。
miRNA调控多年生植物生活习性
实验室王佳伟团队发现，多年生草本植物--弯曲碎米荠的成花诱导需要经历一段时间的持续低温，即春化作用。有趣的是，幼年期的弯曲碎米荠不能感受低温，出现正常的春化反应。进一步研究发现，弯曲碎米荠的年龄决定了春化反应的敏感性，其成花诱导需要同时解除两个抑制因子，即FLC和TOE1。FLC编码一个MADS-box蛋白，是春化途径的关键调控因子，持续的低温可以降低FLC的表达；TOE1属于AP2类转录因子家族，它的表达受到miR156-SPL年龄模块的调节。在幼年期，miR156高水平表达，TOE1含量较高，抑制下游开花关键基因的表达，导致植物对春化作用不敏感；随着植物年龄的增长，miR156含量逐渐下降。此时TOE1的表达减弱，年龄途径对开花的抑制作用被解除，植物对春化作用敏感，持续的低温即可解除FLC的抑制作用，诱导植物开花。年龄途径和春化途径共同调控开花与多年生植物的生活习性密切相关。这一分子机制确保多年生草本植物可以在获得足够生物量后，感受外界环境的变化，开花结果，繁衍后代。这一研究成果也提示，高等植物的开花多样性可能就是由于不同植物间不同成花诱导途径的贡献差异决定的。相关研究成果于2013年发表在Science期刊。
