在过去十几年内，基因组学的发展让我们对各种生物的遗传物质有了更加深入和更全面的认识，为我们打开了一个珍贵的物种基因宝藏。合成基因组学在此基础上应运而生，旨在依据生物天然的基因组，通过设计、改造和从头合成的方法，系统解析整个基因组的生物学功能，并赋予其新的特性，从而更好地服务于科研及应用。中心的主要目标是通过对基因组的精确设计与准确合成，掌握生物系统的基本运作原理，揭示生命活动的本质，实现生命科学从定性到定量预测、精准化设计、标准化合成与精确调控的战略转变。
通过合成生物学的手段，在植物底盘重塑次生代谢物合成通路，植物天然产物的合成以及调控机制
利用合成表观基因组技术研究表观遗传调控的机制和肿瘤表观基因组
微量营养代谢和疾病，青蒿素药物作用机制。
基因组非编码区域以及非编码RNA在干细胞分化和疾病中的功能和机理，并通过基因组的设计构建解析非编码基因组功能。
系统生物学
纳米生物传感技术，假病毒体系构建以及单病毒示踪
异源核酸（XNA）替代天然核酸做为遗传物质的可能性探讨，及以其为基础的核酸药物和诊断试剂开发；新颖化学工具和方法的开发以及其在药物化学、化学生物学和合成生物学中的应用等。
通过系统生物学以及进化生物学方法研究基因组可塑性
基因和基因组的合成、组装及转移技术开发；基因组的设计与构建；合成生物的改造与优化。
化学生物学；合成生物学；生物医学。
植物人工染色体的设计与构建
植物次生代谢调控及代谢组学