結構生物化學/核酸/DNA/轉基因植物
轉基因植物是指透過基因工程將其他生物的基因插入其基因組的植物。轉基因植物被認為是基因改造生物 (GMO) 的一種。引入的基因不一定要來自植物界，也可以來自動物、病毒或細菌。外源基因的引入用途包括抗病毒性、替代殺蟲劑、在酸性土壤中生長能力以及更高的營養價值。
轉基因植物是透過將其他生物的基因插入宿主植物的DNA序列中而構建的。為了實現這一目標，必須分離和克隆一個目的基因。需要對基因進行一些修改，使其能夠有效地插入植物中。首先，必須向基因中新增一個啟動子序列。啟動子序列是一個開關，控制基因在何處以及在何種條件下表達。有時還需要對基因進行修改（例如，抗蟲基因Bt基因比植物擁有更多的A-T核苷酸對，而植物往往擁有更多的C-T對。可以將A-T核苷酸替換為C-T核苷酸，這種方式不會顯著改變氨基酸序列，從而更有效地保護插入的基因在植物細胞中）。還必須新增一個終止序列，以指示基因序列的末端已到達。最後，必須插入一個選擇標記基因，以識別已成功整合了轉基因的植物細胞。
一種用於轉化植物的方法是農桿菌法和“基因槍”法。農桿菌法利用土壤中的一種細菌農桿菌，這種細菌能夠透過將腫瘤誘導 (Ti) 質粒 (即能夠獨立於染色體DNA複製並通常呈環狀的DNA序列) 的轉移DNA (T-DNA) 匯入宿主細胞核DNA來感染植物細胞。這種細菌屬於根瘤菌科，該科是植物中許多腫瘤的根源。Ti質粒包含T-DNA以及一系列引導感染過程的vir (毒力) 基因。農桿菌可用作將基因轉移到植物中的載體。首先，用限制性內切酶將僅攜帶來自Ti質粒的T-DNA的雜合質粒切開，然後插入外源基因，從而建立重組質粒。然後將重組質粒轉移到一個包含Ti質粒（該質粒已去除其T-DNA）的農桿菌細胞中。然後，將帶有工程質粒的農桿菌用於感染植物，並將T-DNA與外源基因整合到植物基因組中。為了使農桿菌能夠使用，DNA必須能夠穿透到植物細胞中。這通常透過電穿孔來完成，在電穿孔中，向裸露的原生質體 (即植物組織和DNA)施加短暫的高電壓電脈衝。電脈衝開啟質膜中的孔隙，使DNA能夠進入原生質體（然後可以透過用激素處理使其生長成成熟的植物）。在“基因槍”法中，將金或鎢微球 (約 1 微米直徑) 覆蓋上來自特定目標基因的DNA或RNA。然後，將這些微球加速到培養皿中未分化的目標細胞中。一旦進入細胞，來自覆蓋在微球上的DNA的基因就會被釋放，並可以整合到宿主植物基因組中。這種方法的優點是，可以使用高百分比的單個T-DNA複製來轉化植物。此外，有大量的載體系統可用以進行這種方法。
這種方法透過將塗有DNA的微彈加速到目標細胞中來傳遞微彈。微彈通常由鎢或金製成。為了進行加速，使用高壓氦氣在火藥下爆炸。使用基因槍法制成的植物包含多個複製的基因，該基因仍然能夠以孟德爾模式分離。這種方法有助於增加植物中觀察到的多樣性。與農桿菌法相比，基因槍法有一些優勢。在該方法中進行基因轟擊的植物仍然具有繁殖能力。其他優勢包括：這是轉化葉綠體的唯一可靠方法，並且該方法不需要任何轉化載體。
用於轉化植物的新方法開闢了一個新的研究領域。轉基因植物用於解決農業領域中的許多問題。此外，轉基因植物還可用於醫療領域。
當人們去超市購物時，他們經常購買不軟或過度成熟的水果。農業領域中水果的主要問題是，由於水果在加工和運輸過程中成熟，因此它們經常會變得軟。使用建立轉基因植物的方法之一，科學家能夠減緩成熟過程。三家公司已將這項技術應用於減緩番茄的成熟過程。現在，其他公司希望能夠對其他水果（如芒果或木瓜）也做到這一點。穀物和豆類種子是許多人的重要蛋白質來源。然而，穀物和豆類種子中往往缺乏某些氨基酸，如穀物中的賴氨酸和豆類中的蛋氨酸。人們付出了許多努力來培育出營養價值更高的種子。目前，由於轉基因技術，轉基因菸草和油菜種子中的蛋氨酸含量增加了 33%。此外，透過用莧菜中的AmA1基因轉化馬鈴薯，馬鈴薯的營養價值也得到了提高。
提高植物和水果的營養價值可以解決許多營養不良問題和疾病。維生素A缺乏症是亞洲的一個重大問題，影響著約 1.24 億兒童，並會導致失明。亞洲的主要主食是大米，但大米不含任何維生素A。研究人員正在努力開發富含維生素A的大米。目前，科學家已經發現了轉基因水稻種子胚乳中編碼β-胡蘿蔔素 (維生素A的前體) 酶的基因，他們希望利用這些資訊來改造水稻，使其能夠透過水稻來產生維生素A。
轉基因植物用於抗病害的應用受到了大眾媒體的廣泛關注。自 GMOs 在 20 世紀 90 年代中期問世以來，其使用一直是一個爭論的話題。兩個最著名的案例是木瓜的抗病毒性和玉米等作物的抗蟲性，這些作物透過蘇雲金芽孢桿菌 (BT) 的基因獲得了抗蟲性。嚴重損害木瓜樹的木瓜環斑病毒 (PRSV) 對夏威夷的木瓜產業造成了重大打擊。透過使用基因槍，將病毒蛋白質外殼的基因插入木瓜組織中。一些木瓜細胞將病毒基因整合到它們的 DNA 中，使植物對 PRSV 免疫。這挽救了夏威夷的木瓜產業。BT 作物的引入和使用更是廣為人知。BT 基因編碼 Cry 蛋白，這種蛋白對蝴蝶和飛蛾的幼蟲有毒性，並能特異性地靶向和殺死它們。透過將這種基因引入植物中，玉米、水稻和馬鈴薯等作物能夠表現出 Cry 蛋白，並且被證明在阻止歐洲玉米螟毛蟲等害蟲方面非常有效。該蛋白具有很高的選擇性，不會對其他昆蟲 (例如甲蟲、蒼蠅、蜜蜂、黃蜂) 造成傷害，並且也被認為對人類食用安全。BT 內毒素的使用極大地減少了農作物中殺蟲劑的使用。但是，害蟲對 BT 玉米的免疫問題是一個問題，因此種植了不含毒素的避難作物，以減少毛蟲對 Cry 蛋白免疫力的進化。
GMOs 也經過培育以改善食物的營養品質，透過延遲衰老來誘導更長的保質期，使玉米能夠在酸性土壤中生長，保護草莓免受低溫影響，以及其他各種用途。
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