（1）蛋白质的修饰、识别与调控
　　主要研究方向：蛋白质新的修饰类型的鉴定、功能和调控机制；蛋白质不同位点、不同修饰类型发生的时空调节机制和功能关系；蛋白质相互作用的特异性、动态性和网络特征的系统分析；蛋白质修饰导致的蛋白质相互作用的变化；蛋白质修饰、识别和调控机制的进化。
　　（2）核酸的结构与功能
　　主要研究方向：DNA、RNA的结构与修饰、复制、重组与代谢；非编码DNA和非编码RNA对核酸和蛋白质活性与功能的调控机制；非编码DNA和非编码RNA在细胞、组织、器官和个体等生命活动过程及疾病发生中的功能及其调控机制。
　　（3）干细胞自我更新与定向分化
　　主要研究方向：干细胞全能性维持的分子机制，尤其关注表观遗传学调控机制在其中的作用；干细胞与周围环境的相互关系；干细胞高效、定向分化的分子机制；iPS（多功能干细胞）的功能及应用基础；体细胞核基因组重编程的机理以及重编程分子的鉴定；干细胞分化后的去向分析，移植细胞与受体组织的兼容、整合的机制。
　　（4）组织器官发育的调控
　　主要研究方向：重要组织器官前体细胞命运决定；重要组织器官前体细胞迁移；重要器官形态构建与再生的分子调控；重要组织器官发育异常的遗传机制。
　　（5）免疫反应的细胞和分子机制
　　主要研究方向：抗感染天然免疫识别与应答的细胞与分子机制；天然免疫与获得性免疫的相互联系和相互作用；获得性免疫应答过程中抗原加工与提呈的分子过程；免疫细胞发育和分化机制；新型免疫分子的结构与功能；免疫耐受和免疫逃逸的细胞与分子机制。
　　（6）生物多样性及维持机制
　　主要研究方向：生物演化与多样性的关系；不同尺度生物多样性的分布格局及其形成与维持机制；生物多样性与生态系统功能的关系；受损生态系统的生物多样性的恢复机制。
　　（7）复杂性状的遗传网络与遗传规律
　　主要研究方向：复杂性状遗传、全基因组系统结构的解析；复杂性状的遗传、全基因组调控网络；复杂性状的全基因组关联分析；不同复杂性状遗传系统间的互作。
　　（8）系统发育与分子进化
　　主要研究方向：生命之树重建的理论与方法；物种进化的分子机制；进化与发育；基因与基因组进化；进化与适应。
　　（9）代谢、次级代谢与调控
　　主要研究方向：代谢途径及其生理功能；代谢调控基因的分析；调节次级代谢的信号转递；代谢产物的后修饰、转运和存贮机制；次级代谢产物的鉴定与活性分析；代谢网络与调控机制。
　　（10）生物种质资源的发掘与评价
主要研究方向：生物基因资源保护的理论基础和策略；农业生物野生近缘种野生居群的遗传多样性和分化；生物资源变异与演化规律；生物资源优良基因的发掘评价；生物资源保存的新方法。