CMS 与叶绿体的关系还存在很大的争议。相对于植物线粒体而言，叶绿体基因组较为保守也较小(120～160 kb)，因此对它的认识要比对线粒体深入的多。研究发现植物叶绿体一般分为4个区：两个反向重复区，大单拷贝区和小单拷贝区。已有多种植物叶绿体的物理图谱被构建。对高粱的 CMS 系及相应保持系的叶绿体 ndhD 基因的酶切分析表明，CMS 系与相应保持系之间存在明显的差异，且在后续的研究中克隆到了保持系所特有的两个叶绿体基因片段 ps1A1 和 ps1A2。但 Levings 等对玉米，Kadowaki 等对水稻的叶绿体 DNA 的酶切电泳未发现不育系和保持系之间存在差异。对细香葱、烟草等的研究也发现叶绿体 DNA 与 CMS 无关。因此，叶绿体基因组是否与 CMS 有关还有待进一步研究。
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