菊科是被子植物的第一大科，包含许多名贵中药材基原植物，如菊花、蒲公英、青蒿、黄花蒿、白术、苍术、蕲艾、夏枯草等。从演化生物学、植物分类学、合成生物学的视角，构建药用植物基因组进化和合成的科学研究框架，关注植物进化的多样性与药用成分特性的关系。其一，以菊科药用植物为材料，以“科/属大进化”为视角，深入探讨关键物质合成通路的演化和调控机制，特别是新基因起源和调控元件。其二，以“多维组学+合成生物学”为视角，开展群体基因组多样性演化与有效物质通路起源关系。结合多组学与合成生物学技术，阐明菊科药用物种天然产物化学多样性的形成机制，特别是限速酶和催化酶基因功能缺失对天然产物结构多样化的影响。

以棉花等经济作物为研究对象，从系统基因组学和微进化的角度，利用泛基因组、代谢组、调控组、空间组等手段，研究二倍体和四倍体棉花在进化、自然选择、平行驯化、扩散引种、改良过程中表型变异的分子机制。以二倍体（亚洲棉、非洲棉）与多倍体（陆地棉、海岛棉）种质的基因组数据，解析二倍体与四倍体棉花种质资源遗传多样性，挖掘种间平行选择和特异利用的基因。

通过创新种质优化药用植物有效物质含量，开展大宗药用植物（苍术、黄连）品种的选育工作，构建一套基于药效物质和生物学性状的道地中药材多组学溯源体系，确保每一味药材均可追溯其纯正来源与品质和产量。结合系统基因组学、分子标记辅助选择、全基因组选择、人工智能等技术手段协同改良抗病、产量、品质等性状。