实验室立足国家重大战略需求，瞄准世界科技发展前沿，结合国家及科学院中长期科技规划，运用分子遗传学、分子生物学、生物化学和波谱学等多学科的研究手段，系统开展太阳能光生物转化的综合研究。重点开展以下面三个方面的研究：（1）光能高效吸收、传递和转换机理；（2）光合功能调控网络及光生物燃料转化机理；（3）光能利用效率调控与作物光能高效利用。

研究方向1. 光能高效吸收、传递和转换机理

（1）光合膜蛋白的生物化学研究、光合膜色素蛋白复合物的组装与质量控制。采用结构生物学主要是晶体学的方法研究光合机器组装与修复的机理。（2）植物光合作用的机理，光系统II和光系统I的结构和功能，膜蛋白结晶和结构解析。（3）光合膜蛋白的高效吸能、传能与转能机理、功能调控的分子机理、结构与功能的关系；光合膜蛋白的仿生模拟(人工叶片)；极端条件下生存的植物光合作用高光调控及保护机制多样性研究；植物膜脂与膜蛋白的关系。

研究方向2. 光合功能调控网络及光生物燃料转化机理

（1）微藻光合器生物发生及功能调控的分子机制。运用系统生物学技术，揭示蓝藻光合膜蛋白复合物的组装机制、绿藻光合产氢的分子调控机制以及高产氢藻株的遗传构建等。（2）衣藻光合作用调控机理、光合作用和碳代谢网络、黑暗异养和厌氧代谢调控机制、氧化还原平衡调控衣藻发育和能量代谢、小麦等重要农作物光能高效利用和高温胁迫响应的机理及遗传改良。（3）叶绿体生物发生、叶绿体基因表达调控、核质信号转导，水稻光能高效利用的机理及遗传改良。

研究方向3. 光能利用效率调控与作物光能高效利用

（1）光合作用光保护机理、光合膜色素蛋白复合物组装机制、叶绿体基因表达调控、稻麦等重要农作物光能高效利用的机理及遗传改良。（2）植物光信号转导机制；叶绿素合成的分子调控；植物对强光的响应和适应机制。（3）C4植物碳代谢关键酶的翻译后修饰研究、酶活性机理的研究、复合体的组装机制及调控研究、C4的高光效机制研究及C4结构形成过程的蛋白质组学及翻译后修饰研究。