实验室继续发挥在水稻、小麦和玉米三大作物遗传育种研究的优势和特色，坚持“加强基础研究、着力应用研究”的建设思路。收集、发掘和创制具有自主知识产权的作物优良基因资源，构建适应西南地区的超级作物新品种选育的核心种质；利用分子生物学和基因组学的理论与方法，定位、克隆有重要育种应用价值的新基因，解析其功能；综合运用作物细胞工程、基因工程和分子标记与常规育种技术相结合的技术路线，建立现代作物育种技术体系，选育作物骨干亲本，培育一批高产优质多抗作物超级新品种，研究资源高效、环境友好配套技术，为我国、特别是为西南地区粮食可持续安全提供物质和技术储备。目前，已经形成了5个稳定的研究方向和主要研究的内容：
1．新基因资源发掘与创新
在进一步收集、发掘作物新基因资源的基础上，把基因组学技术和作物基因资源研究紧密结合，搭建作物基因资源精细鉴定评价的技术平台；根据西南生态育种要求，对收集发掘的作物基因资源的产量、品质、抗病虫、抗逆等特性进行系统精细评价，并通过分子标记和与已知基因进行等位性测验，构建西南地区主要作物超级品种选育的核心种质；充分利用水稻、小麦和玉米近缘种属材料和特异种质资源，创制高产、优质，以及水稻稻瘟病、纹枯病、抗虫、抗旱耐高温，小麦抗条锈病、赤霉病、白粉病，玉米抗纹枯病和穗粒腐病、耐旱耐瘠等新的基因资源。
2．新基因定位及分子标记辅助育种
在新基因资源发掘基础上，选用已开发的水稻、小麦和玉米染色体上稳定性好、多态性高的SSR、AFLP、STS和SNP等分子标记，并借助生物信息学手段，对高产、优质，营养高效利用，以及水稻稻瘟病、纹枯病、抗虫、抗旱耐高温，小麦抗条锈病、赤霉病、白粉病，玉米抗纹枯病和穗粒腐病、耐旱耐瘠等性状进行基因或QTL定位研究，筛选共分离的分子标记，并将重要基因的分子标记转化成稳定的易于分子标记辅助选择和多基因聚合的PCR标记，再结合常规育种方法，建立分子辅助标记选择和聚合育种技术平台及育种体系，提高优质、高产、抗病虫和抗逆作物超级新品种的选育效率。
3．新基因克隆与转基因工程育种
应用基因定位克隆、转座子和转基因标签法、近缘属种同源基因克隆以及mRNA差显技术结合作物基因组序列图谱，从水稻、小麦和玉米及近缘属物种中克隆农艺性状、品质、抗病虫、抗逆相关的新基因，研究解析其功能，获得具有自主知识产权和育种应用价值的新基因，为基因工程育种奠定基础。通过快速、准确、高效、无抗生素选择标记的转基因技术体系和外缘基因高效表达元件的研究，建立无选择标记基因高效表达载体，为基因工程育种和安全环境释放提供保障。选用高产品种或骨干自交系为主要受体，利用已建立的转基因技术体系对上述基因进行遗传转化，建立高效转基因技术平台，为转基因新品种快速获得和推广应用提供基础。
4．作物超级新品种选育
针对长江上游的生态特点，以核心种质群为基础，充分利用抗逆、营养高效、品质优异、高配合力的新材料，创新和发展育种理论与方法，运用常规遗传改良技术和生物高新技术相结合的技术路线，综合利用株型选择、提高光合效率、改善库源关系、发掘杂种优势潜力等作物超级新品种选育方法，选育作物超高产新品种、优质专用型新品种和抗旱（节水）、耐瘠、广适型新品种。
5．作物超级新品种的配套技术研究
深入研究主要农作物超级新品种的生育特点、生理生态特性，重点研究基因与环境互作效应，探讨不同区域生态改良的方向和技术途径，明确超级新品种适应区域，开展超高产栽培、优质化栽培、轻简栽培、无公害栽培、抗旱节水栽培、设施栽培、保护性耕作等耕作栽培技术研究，开发生产管理智能化专家系统。