生物圈中，光合作用是一个最重要、最基本的代谢过程，叶绿体是绿色植物进行光合作用的细胞器。关于叶绿体起源的问题一直以来都是生物学家们关心的热点问题，目前有代表性的研究成果是“内共生学说”。随着人类基因组计划的实施，从基因组规模代谢网络的比较研究出发，使用系统生物学手段来揭示光合作用的进化成为可能。 本课题是基于该生物学背景，使用计算机科学中的图论和图形聚类的方法来挖掘生物体复杂代谢网络中蕴涵的结构和功能信息并进行模块相似性分析，揭示光合作用进化这一生命科学中的重大问题。首先利用现有生物数据库和文献信息收集整理叶绿体、绿硫菌、拟南芥、红藻、大肠杆菌以及八个不同种类的蓝细菌的代谢通路数据；其次利用超图构建各物种代谢网络的直观模型，通过计算全网络和与碳代谢紧密相关子网络的拓扑性能参数分析叶绿体和蓝细菌代谢网络的拓扑结构；随后分别使用马尔可夫图形聚类算法和模拟退火图形聚类算法对各物种以酶为中心的代谢网络进行模块划分并分别给出两种算法对各物种代谢网络的聚类结果；通过对结果的分析比较，结合两种算法的优点，提出对这两种算法所得结果进行进一步处理的M-S算法，得到一组最优解；最后定义模块相似度评价指标，分别从物种整体间和内部模块间进行相似性分析，挖掘叶绿体和蓝细菌之间保守的功能模块，并将其对应到相应功能的代谢通路。 本课题将计算机科学与生命科学有机的结合在了一起，利用计算机科学中常用的研究方法探讨生命科学中的重大问题，打破了以往在生物信息学领域中计算机科学工作者仅停留在算法研究、缺乏与生物学问题相结合的局限，把计算机方法与生物学问题紧密的连接在了一起，这也是生物信息学领域研究的一个重要方向。