以高效改良农作物矿质养分（氮、磷、铁）利用效率为目的，鉴定氮、磷、铁养分吸收、代谢和利用过程中关键基因和遗传位点并开展功能研究。具体内容包括五个部分。①利用模式植物和正向遗传学方法，鉴定和分离氮、磷、铁养分吸收、代谢和利用过程中的关键基因。②利用反向遗传学方法，鉴定和分离小麦吸收、代谢和利用氮、磷、铁养分过程中的候选关键基因。③综合运用分子生物学技术深入研究关键基因的生物学功能。④调控氮、磷、铁养分吸收、代谢和利用过程的重要数量遗传位点（QTL）的鉴定和精细定位。⑤基于上述研究，设计出改良养分利用效率的有效策略，培育养分利用效率显著改良的小麦品种（系），并建立提高农产品中有益矿质元素含量的技术体系。促进我国植物营养基因组学研究走向国际前沿，为我国农作物改良和农业产业可持续发展做出实质性贡献。

本课题的主要研究目标是鉴定植物吸收和利用氮、磷养分过程中的关键基因和遗传位点并开展功能研究，在以下五个方面获得重要进展。①以模式植物种为材料，首次鉴定出了影响水稻氮肥利用效率的主效QTL基因qNGR9；首次发现缺磷诱导拟南芥根系中黄酮类化合物含量的显著下降，并证实该过程有利于缺磷条件下拟南芥侧根的发育；首次发现HRS1基因的过量表达导致拟南芥对缺磷抑制主根生长的超敏感性；首次发现古巴焦磷酸合酶参与植物缺磷反应，为深入研究赤霉素参与磷吸收代谢的分子机制奠定了基础。②以主要农作物小麦为材料，首次鉴定出了叶绿体型谷氨酰胺合成酶的优良单元型变异；首次完成了控制根系大小关键基因TaLRO-B1的鉴定、生物学效应分析以及精细定位；首次鉴定出两个调控缺氮反应的负调控因子；完成了小麦氮磷利用相关基因的定位及整合遗传图谱的构建。③创制出了多个氮、磷养分利用效率显著提高以及综合农艺性状良好的小麦分子设计育种元件。④构建了新型小麦品种分子设计育种群体（MAGIC群体）。⑤培育出了六个具有氮高效利用效率的小麦新品系。⑥在SCI刊物发表研究论文11篇；新申请发明专利4项，公开专利1项，获得专利授权3项。