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(1) 首创功能作图理论
针对复杂性状动态变化特性，把生物学原理借助数学方程引进基因定位方法，在国际上首次功能作图理论。因其在揭示生物机理方面很强的功效，功能作图被《自然综述：遗传》重点介绍，并被《自然》、《自然综述：遗传》、《自然方法》列举为过去半个多世纪以来最重要的DNA分析技术之一。发明功能作图的原始论文被Faculty of 1000遴选为生物学与生物医学领域2%最佳论文。
(2) 提出发育进化研究新方法
将发育、进化与基因定位通过数学模型相连接，发展出“异时性基因”（heterochrony genes）定位新方法，系统研究影响生物发育时间节点、发育长度、发育速率的基因，并利用这些异时性基因预测世代之间的变化方式与趋势。因为发明这一重要研究方法，被第17届国际进化生物学大会（法国马赛）邀请做大会主旨报告，报告内容被收录进进化生物学权威专著。
(3) 推导出多倍体作图的统计方法
在多倍体复杂性状基因作图领域，发展多项统计模型与计算技术，成为国际上少数几个从事高难度多倍体作图的学者之一。针对多倍体形成与减数分裂原理，提出多倍体倍性识别、连锁分析与基因定位的关键分析技术。推导的EM算法首次解决了半个世纪之前数量遗传学创始人R.A. Fisher提出的同源多倍体减数分裂的理论问题，使之很快产生了广泛的应用。
(4) 发明多项生物大数据建模核心技术
发展了一批生物大数据建模核心技术，获得重要原创性成果，包括：(a)基因动态表达数据聚类分析，(b)基因调控网络构建技术，和(c)全基因组关联分析的高维及超高维数据解析。长期以来，基因组数据的统计建模工作滞后于生物实验数据的收集进度。带领团队发展的各项统计模型填补了在统计建模领域的研究空白。
(5) 提出林木基因组解析新策略
林木生长期长、杂合性高，对其遗传研究十分困难。利用林木自由授粉子代，结合产生半同胞种子的母株，构建了一个两层分子信息随机取样平台；在此基础上进一步推导出整合复等位基因连锁不平衡分析与连锁分析这两种不同方法的双层EM算法，以此来推断自然群体的进化史及其对自然选择的响应模式。这一自由授粉半同胞基因定位设计综合了遗传研究中常用的连锁分析与连锁不平衡分析的各自优势，成功地把群体遗传学与数量遗传学原理相融合，开辟了一条利用自然群体同时进行林木进化与基因定位研究的新途径。
(6) 提炼出数量遗传学新理论
通过总结过去原创性研究，提炼出一个新的数量遗传学理论。 这一理论把表型作为一个动态系统，将之分解成细胞、组织与器官等具有不同生理属性的组成，借助控制论思想把这些组成利用高维数学模型连接起来，量化各种组成对最终表型的影响，找出能决定表型动态变化的关键组成以及生物通路。这一理论包含了对生物总体运行规律认识的哲学思想，打破了传统基于静态认识生物规律的形而上学思想。 |
