围绕华北小麦、玉米、棉花等主要作物存在资源消耗高、抗旱性不强、品质亟待改善等生产问题，针对作物优异基因资源不足、优异基因聚合难且选择效率低等科学问题，深入开展节水、优质、高效种质的鉴评筛选、基因发掘和创新利用研究。

系统开展小麦、玉米、棉花等种质资源重要农艺性状、适应性的研究评价，分析种质资源的遗传多样性，构建优异种质性状的精准评价体系和核心种质库；建立用于基因结构与功能鉴定的生物信息学分析平台，开展基因组、转录组、蛋白质组、代谢组和表观基因组等多种组学分析，揭示核心种质优异SNP和结构变异，构建全基因组遗传变异图谱，分析优异基因的时空表达特点；解析性状变异特点和关键基因表达调控模式，筛选遗传背景良好、目标性状突出的优异新种质。

构建双单倍体、重组近交系等多种类型遗传分离群体，深入分析并明确作物节水优质等目标性状遗传规律；大规模高通量测序、QTL定位和GWAS相结合，挖掘控制目标性状的关键遗传位点，鉴定并克隆抗旱、抗病、优质基因；建立主要作物高效基因编辑和遗传转化体系，验证基因功能，分析蛋白互作，明确基因的作用机理，解析优异性状的分子调控网络，发掘华北主要作物优异基因资源。

基于作物优异性状基因/主效QTL、生物信息学平台、作物全基因组遗传变异图谱，开发前景选择的KASP、CAPs等分子标记，定向改 良作物骨干亲本，大规模开发SNP等分子标记，研发稳定、高效的高密度SNP芯片，筛选可追踪优良亲本背景的选择标记；前景-背景选择的全基因组分子设计体系与回交选育相结合，高效聚合分散在不同种质的目标基因，创制华北节水、优质、低耗作物新种质。