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作物科学研究所是由原作物育种栽培研究所、作物品种资源研究所和原子能利用研究所的作物育种部分经战略性重组，形成以作物种质资源、遗传育种、栽培生理和分子生物学为主要研究领域的国家非营利性、社会公益性研究机构，也是直属于中国农业科学院的我国作物科学领域的创新中心、国际合作中心和人才培养基地。
作物科学研究所下属机构分为管理、科研和服务三大部分，主要围绕“以种质资源研究为基础，以基因发掘为核心，以品种培育为目标，以栽培技术为保障，为解决我国农业发展中基础性、关键性、前瞻性重大科技问题提供技术支撑”的总体目标，加强学科交叉融合、队伍整合和科技人才资源共享，已基本形成了从种质资源的收集保存、鉴定评价、基因发掘、遗传机理解析，到育种技术、种质创新、新品种培育、栽培生理、示范推广等一体化研究格局，并取得良好的进展。