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主要研究方向：基因语言及调控，功能基因组学，模式生物学，表观遗传学、干细胞及非编码核糖核酸，生命体结构功能及其调控网络，生命体重构，生物信息学，计算生物学，系统生物学，干细胞与再生医学，合成生物学与生物制造，极端环境中的生命特征，生命起源和演化，系统发育与进化生物学等。
2. 凝聚态物质与新效应
主要研究方向：强关联体系、软凝聚态物质，新量子特性凝聚态物质与新效应，自相似协同生长、巨开放系统和复杂系统问题，玻色━爱因斯坦凝聚，超流超导机制，极端条件下凝聚态物质的结构相变、电子结构和多种原激发过程等。
3. 物质深层次结构和宇宙大尺度物理学规律
主要研究方向：微观和宇观尺度以及高能、高密、超高压、超强磁场和微重力等极端状态下的物质结构与物理规律，探索统一所有物理规律的理论，粒子物理学前沿基本问题，暗物质和暗能量的本质，宇宙的起源和演化，黑洞及各种天体和结构的形成及演化，空间天气学、太阳活动对地球环境和灾害的影响及其预报等。
4. 核心数学及其在交叉领域的应用
主要研究方向：核心数学中的重大问题，数学与其他学科相互交叉及在科学研究和实际应用中产生的新的数学问题，如材料计算、海量数据处理和挖掘、离散问题、随机问题、量子问题以及大量非线性问题中的数学理论和方法等。
5. 地球系统过程与资源、环境和灾害效应
主要研究方向：气候变化与地球系统各圈层（大气圈、水圈、生物圈、地壳、地幔、地核）的相互作用，地球深部钻探，地球系统中的物理、化学、生物过程及其资源、环境与灾害效应，海陆相成藏理论，地基、海基、空基、天基地球观测与探测系统及地球模拟系统，地球系统科学理论等。
6. 新物质创造与转化的化学过程
主要研究方向：新的特定结构功能分子、凝聚态和聚集态分子功能体系的设计、可控合成、制备和转化，环境友好的新化学体系的建立，不同时空尺度物质形成与转化过程以及在生命过程和生态环境等复杂体系中的化学本质、性能与结构的关系和转化规律等。
7. 脑科学与认知科学
主要研究方向：脑功能的细胞和分子机理，脑重大疾病的发生发展机理，脑发育、可塑性与人类智力的关系，学习记忆和思维等脑高级认知功能的过程及其神经基础，脑信息表达与脑式信息处理系统，人脑与计算机对话等。
8. 科学实验与观测方法、技术和设备的创新
主要研究方向：具有动态、适时、无损、灵敏、高分辨等特征的生命科学检测、成像、分析与操纵方法，物质组成、功能和结构信息获取新分析及表征技术，地球科学与空间科学研究中新观测手段和信息获取新方法，大科学装置和高精尖实验设备研究等。
（三）国家重大战略需求中的基础研究重点领域
在农业、能源、信息、资源环境、健康、材料、制造与工程、综合交叉等重点领域部署具有战略性、前瞻性、全局性和带动性的基础研究工作，更加聚焦国家重大战略需求、更加强化科学 目标导向、更加注重优秀团队建设、更加注重青年科学家的培养，着力解决制约国家经济社会发展的关键科学问题。
1．农业科学领域
围绕提高农产品生产和供应能力、保障食物品质和安全性、改善自然生态环境、提升农业对自然资源利用效率等战略需求开展研究，为解决农业植物和动物的分子育种、科学栽培和养殖、资源高效利用、病虫害有效防治和农业生态环境改善等问题奠定理论基础。
主要研究方向：水稻重要性状的基因调控网络解析及分子设计育种研究；农作物高产、优质、高效机理；农业动物高产、优质、抗病和抗逆机制；农田资源高效利用机理；可持续发展的农林草生态和综合农业系统研究；有害生物控制、生物安全和农产品安全中的重大科学问题。
2．能源科学领域
针对能源安全和我国能源可持续发展面临的重大需求，着力解决清洁多元化能源体系构建、化石能源资源开发和清洁高效利用、先进可再生能源发展等方面的关键科学问题，为保障我国能源安全提供科学支撑。
主要研究方向：高效低成本新型光伏材料与器件；石油天然气成藏机理、分布规律与提高采收率研究；煤炭安全、高效、绿色开采研究；化石能源高效清洁转化利用；可再生能源与新能源规模化发展研究；提高能源利用效率、高效节能和减排的新理论和新方法；高效安全电力系统、分布式能源系统和储能相关的基础研究；核电发展的关键科学问题。
3．信息科学领域
围绕我国信息产业快速发展中对新理论、新方法和新技术的重大需求，着力解决新型光电器件面临的关键科学问题，发展新型通信网络理论和体系，解决智能服务等计算行为的核心问题，构建信息安全一体化框架，为提高我国信息产业核心竞争力和优化产业结构提供科学支撑。
主要研究方向：16纳米特征尺寸的集成电路新原理和新技术；新一代电子系统集成理论及工艺基础；光电子与集成器件理论及应用；能效优先和资源优化的通信网络理论和体系；计算理论、计算系统与可信软件研究；智能信息服务基础理论和应用；海量信息获取、认知与智能分析决策研究；信息安全基础理论；太赫兹波传输、辐射及其与物质的相互作用；信息科学与其他学科的交叉研究。
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