杂种优势是指杂交一代在生长速度、个体大小和抗性等诸多性状优于双亲的现象。目前，杂种优势已广泛应用于农作物以及园艺作物，培育了许多广适性的高产新品种，为我国的粮食安全做出了重要贡献。但是，杂种优势产生的分子机理还很不清楚，这逐渐成为杂种优势有效利用的制约性因素。同时，杂种优势的应用离不开雄性不育种质资源的发掘及制种技术的不断创新，阐明育性调控的分子机理将为我们更好地利用杂种优势奠定坚实的理论基础。实验室将主要以模式作物水稻为材料，在全基因组水平上寻找杂种优势与生殖发育相关的关键基因，解析它们的生物学功能与作用机制，服务于杂交新组合与育性可控的新种质资源的创制。
(1) 植物生殖发育与育性调控
植物的雄性不育在农业育种中应用最为广泛。花药发育过程中减数分裂异常或绒毡层细胞发育异常会导致花粉无法形成，而花丝变短或者花药
开裂则阻碍了花粉的正常授粉，以上现象皆会产生雄性不育。通过雄性不育基因克隆，从分子和细胞水平解析植物生殖发育过程中花药发育、减数分裂、绒毡层发育以及花粉壁形成等生物学过程，揭示这些生物学过程的基因网络和调控机制。此外，在目前两系育种中光温敏育性恢复的机制尚不清楚。实验室通过克隆模式植物/作物光温敏基因，并解析这些基因的功能，阐明光温敏不育的分子机理。同时以光温敏突变体株系为背景，通过筛选正常条件下育性回复突变体，进一步分离与解析这些基因的功能与作用机理，从而解析光温敏育性恢复机理，为获得具有应用潜力的水稻两系育种材料提供理论基础。
(2) 植物杂种优势的机制研究
杂种优势相关基因的克隆与功能分析：构建多套杂种优势研究近等基因系，结合对大量杂交稻群体样本的关联分析，获得候选基因，通过功能分析确定基因的生物学功能及关键变异位点；筛选杂种优势关键基因的突变体，创制多种突变型材料，精确分析杂种优势单基因贡献及多基因互作效应；创造出不同拷贝数及各类等位变异遗传材料，分析基因的不同表达剂量和不同类型组合对杂种优势的影响。植物杂种优势遗传机制分析及材料创制：探索相应分子机制在其他植物中的遗传学效应，分析这些机制出现的普遍性、个性化及可能的演化历程。开发预测杂种优势性状的算法，实现对杂交水稻中杂种优势遗传基础的数字化解析和理想基因型的分子设计。通过多次杂交和高密度分子筛选，创制高配合力特性的亲本材料和聚合双亲优点的常规自交材料。