作物遗传与分子育种专业以邓兴旺教授为学科带头人，整合北大优势学科资源，从最初的分子生物学方向，到现在增加了作物基因组学、作物基因资源等研究方向，并于2019年6月取得了生物技术二级学科独立招生授权。该学科现有博士研究生导师8人，其中美国科学院院士1人，国家杰出青年基金获得者1位，博雅青年学者3人。

　　分子生物学方向：主要探究植物光形态建成的分子机理、植物非编码RNA的功能与机制、植物杂种优势的分子机理以及系统性作物分子设计育种。

　　表观遗传学分向：主要研究植物表观修饰和染色体高级结构对基因转录的调控机制，同时解析温度与日照长度变化等环境信号调控植物开花时间的分子与表观遗传机理。

　　合成生物学方向：以合成生物学为研究手段，开发合成生物学工具和功能性元件，并对复杂生物系统和复杂通路进行工程化重构，同时探索表冠遗传效应因子在合成生物领域的应用。

　　结构生物学方向：主要运用两种高分辨率的结构生物学研究手段—X射线晶体学和单颗粒分析冷冻电镜技术，结合不同的生物化学方法，对植物生命活动中的特有现象（比如植物对光的感应和利用、春化作用和开花等），进行具体的分子机制研究。