华中农业大学“基因组研究与水稻遗传改良” 创新群体围绕水稻遗传改良这一总体目标，通过二十多年的发展凝练形成两大科学目标：水稻功能基因组和绿色超级稻。团队立足国际学科前沿，将基因组技术与常规技术紧密结合，解决水稻遗传改良中的重大科学问题，为作物遗传改良提供新理论、新技术、新方法，为水稻生产提供新材料新品种。
构建了水稻大型突变体库（Plant J, 2003;Plant J, 2007）和全基因组表达谱平台（Plant J, 2010），应用新一代测序技术构建超高密度连锁图（PNAS, 2010），构建水稻遗传基因组学研究平台，与美国亚利桑那基因组学研究所合作获得两个高质量籼稻珍汕97与明恢63参考基因组序列（PNAS, 2016）。分离克隆了106个水稻功能基因，包括籼粳杂种不育基因S5（Science, 2012）、高产基因Ghd7（Nat Genet, 2008）、种子大小基因GS5（Nat Genet, 2011）、粒长粒重主效基因GS3（Theor Appl Genet, 2006; PNAS, 2010）、产量基因Ghd7.1（Cell Res, 2013）、稻米品质基因Chalk5（Nat Genet, 2014）和OsAAP6（Nat Commun, 2014）、光敏不育基因pms3（PNAS, 2012）和pms1（PNAS, 2016）、白叶枯抗性基因xa13（Genes Dev, 2006）、抗旱基因DWA1（PNAS, 2013）、成花转换关键基因RID1（PNAS, 2008）、抽穗期基因HAF1（Plant Cell, 2015）、根特异表达基因WOX11（Plant Cell, 2009）等，在水稻育种中具有重要应用前景。多效性基因Ghd7 的研究成果入选2008 年度中国基础研究十大新闻，正调控水稻种子大小、粒重和产量的GS5 基因克隆与功能研究入选2011 年度中国高等学校十大科技进展，“水稻质量抗性和数量抗性的基因基础与调控机理”和“水稻产量性状的遗传与分子生物学基础”分别获得2013和2016年度国家自然科学二等奖。发起并牵头组织实施了“十五”、“十一五”和“十二五”国家863计划重大专项“水稻功能基因组”，提升了我国水稻功能基因组的研究水平的同时带动了我国作物基因组的发展。2014年《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）实施情况中期评估》“农业领域专题评估报告”中，“水稻等主要农作物功能基因组学”的研究成果被列为农业领域重大标志性成果之首。
致力于将基因组研究成果应用于作物遗传改良，从上世纪90年代中期开始应用分子标记技术于水稻品种培育。应用转基因技术培育抗虫水稻新品种，于2009年获得农业部颁发的首张转基因水稻生物安全证书，并于2018年通过美国FDA生物安全咨询。面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，提出了利用功能基因组研究的成果，培育“少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产”的“绿色超级稻”的构想。2007年，“绿色超级稻培育的策略”论文在美国科学院院刊发表，得到国内外同行的广泛认可和积极响应。团队发起并主持了“绿色超级稻新品种培育”863计划重大项目，组织国内20多家水稻育种单位，系统开展了绿色超级稻的育种。将品种资源发掘、功能基因组技术和育种紧密结合，培育集抗多种病虫害、养分高效吸收利用、抗旱、优质、高产等优良性状于一体的绿色超级稻品种。项目参加单位培育的绿色新品种推广示范面积累计超过1亿亩，新增产值近300多亿元，取得了显著的社会经济效益。“绿色超级稻”的理论与实践已经成为农业绿色发展的一种重要范式，引领并推动了作物育种目标和生产方式的革命性转变。美国盖茨基金会也设立专项，为非洲和亚洲国家培育推广绿色超级稻。