CMS 與葉綠體的關系還存在很大的爭議。相對于植物線粒體而言，葉綠體基因組較為保守也較小(120～160 kb)，因此對它的認識要比對線粒體深入的多。研究發現植物葉綠體一般分為4個區：兩個反向重復區，大單拷貝區和小單拷貝區。已有多種植物葉綠體的物理圖譜被構建。對高粱的 CMS 系及相應保持系的葉綠體 ndhD 基因的酶切分析表明，CMS 系與相應保持系之間存在明顯的差異，且在后續的研究中克隆到了保持系所特有的兩個葉綠體基因片段 ps1A1 和 ps1A2。但 Levings 等對玉米，Kadowaki 等對水稻的葉綠體 DNA 的酶切電泳未發現不育系和保持系之間存在差異。對細香蔥、煙草等的研究也發現葉綠體 DNA 與 CMS 無關。因此，葉綠體基因組是否與 CMS 有關還有待進一步研究。