由于C4植物比C3植物的光合效率高50%，我们探索通过工程上的方式把C4植物特征引入C3植物的可行性，以提高C3植物的光合效率。首先，利用系统生物学手段，改进并比较了拟南芥（AraGEM）和C4植物（C4GEM）全基因组规模代谢网络。我们发现C3植物比C4植物有更好的拓扑结构紧密度；虽然C4和C3植物有相似的基础代谢，但是C4植物比C3植物有更好的鲁棒性、更好的协同变化能力；对光照强度和环境中的CO₂浓度都有更好的响应。由于全基因组模型冗余度较大和约束不准确等问题，我们构建了基于约束的C4植物核心代谢模型（C4PMM），并整合蛋白质组学数据提高模型预测能力。并对已有的C3植物核心代谢网络（C3PMM）整合转录组学数据约束，然后对二者进行系统比较。在代谢网络水平及各个不同代谢途径中，鉴定C3与C4植物代谢的拓扑结构差异，利用流平衡分析的方法分析不同环境下的响应机制。我们的模拟结果与实验结果具有良好的一致性，说明流平衡分析为在系统层面上理解植物进化提供了有力工具。代谢网络的构建与分析对于深入理解两种光合作用进化机制，提高C3光合效率具有重要指导意义。我们构建的精细C4植物核心代谢模型也将为相关研究提供重要资源。