运用分子生物学和基因工程原理，研究茶树及其近缘物种基因组的结构和功能，构建茶树基因组的遗传图谱；在研究茶树主要农艺性状的遗传规律的基础上，定位克隆与转移检测茶树农艺性状基因；探索茶树优异种质资源收集、鉴定、保存和利用的新技术、新方法，实现优异种质资源的有效利用；开展分子标记辅助选择育种技术和转基因育种技术研究，建立分子育种技术平台，培育目标性状有重大突破的茶树新品种；研究茶树细胞工程技术，利用单细胞培养方法，将茶树体内生物合成某些功能成分能力强的细胞筛选出来，使之投入工厂化富集目标成分，再提取分离目标成分作为天然药物、保健品、化妆品的原料或食品添加剂；研究茶树发根农杆菌转化技术，利用发根进行离体培养，生产茶叶中生物活性高的次生代谢物质。本方向重点研究以下领域：
(1) 重要基因的标记与定位: 分子标记和定位茶树重要农艺性状基因(如抗病、抗虫、抗逆、高发酵力、高多酚、高茶氨酸、低咖啡因等), 建立重要农艺性状的分子标记辅助选择育种的技术平台，快速、高效地培育出目标性状有重大突破的新品系、新品种。
(2) 遗传图谱构建与基因的克隆与转移: 构建茶树饱和分子遗传图谱和物理图谱，筛选同目的基因紧密连锁的DNA分子标记作为探针，应用基因定位克隆技术分离重要农艺性状基因，并研究其序列、表达规律以及功能，实现优异基因在茶树优良品种中的转化导入。
(3) 种质资源的收集与评价: 广泛收集茶树种质资源，并对形态、农艺、生理生化、品质、抗病虫及其它生物和非生物逆境等性状进行多学科系统鉴定和评价，建立茶树种质资源圃、资源库及其计算机管理系统，利用分子标记和形态学描述相结合，作出茶树遗传多样性评价，构建茶树核心种质指纹图谱，从形态学、化学、细胞学、酶学、分子生物学多层次研究茶树的起源、进化与分类。
(4) 种质创新技术: 借助细胞工程、基因工程技术，将其它生物资源类型的基因资源引入茶树，实现茶树种质创新。
(5) 生物技术育种: 开展茶树农杆菌介导、基因枪、花粉管通道等遗传转化体系以及其他遗传转化途径的研究，将一些有用基因(如抗虫、抗病、抗除草剂)导入茶树中，并研究所转基因的遗传规律、遗传稳定性及安全性。
(6) 组织培养与细胞培养: 研究组织和细胞在离体培养条件下，所需要的最佳营养条件、植物激素水平以及环境条件(温度、湿度、光照等)，不同生理年龄和遗传组成(基因型)的形态差异性，以及再生植株群体的遗传稳定性和变异性。
(7) 次生代谢产物生产的生物技术: 筛选与鉴定茶树体内高效合成特殊物质(如茶氨酸、儿茶素、生物碱、多酚氧化酶、萜类、甾体类、天然色素等)的细胞系(株)，研究发根农杆菌(Ri质粒)诱导茶树产生毛状根的技术，利用毛状根的迅速增殖特性，工厂化生产茶树特种有效次生代谢物质，为茶叶及药用植物功能成分的高效获取提供新的途径。