结构生物化学/核酸/DNA/转基因植物
转基因植物是指通过基因工程将其他生物的基因插入其基因组的植物。转基因植物被认为是基因改造生物 (GMO) 的一种。引入的基因不一定要来自植物界，也可以来自动物、病毒或细菌。外源基因的引入用途包括抗病毒性、替代杀虫剂、在酸性土壤中生长能力以及更高的营养价值。
转基因植物是通过将其他生物的基因插入宿主植物的DNA序列中而构建的。为了实现这一目标，必须分离和克隆一个目的基因。需要对基因进行一些修改，使其能够有效地插入植物中。首先，必须向基因中添加一个启动子序列。启动子序列是一个开关，控制基因在何处以及在何种条件下表达。有时还需要对基因进行修改（例如，抗虫基因Bt基因比植物拥有更多的A-T核苷酸对，而植物往往拥有更多的C-T对。可以将A-T核苷酸替换为C-T核苷酸，这种方式不会显著改变氨基酸序列，从而更有效地保护插入的基因在植物细胞中）。还必须添加一个终止序列，以指示基因序列的末端已到达。最后，必须插入一个选择标记基因，以识别已成功整合了转基因的植物细胞。
一种用于转化植物的方法是农杆菌法和“基因枪”法。农杆菌法利用土壤中的一种细菌农杆菌，这种细菌能够通过将肿瘤诱导 (Ti) 质粒 (即能够独立于染色体DNA复制并通常呈环状的DNA序列) 的转移DNA (T-DNA) 导入宿主细胞核DNA来感染植物细胞。这种细菌属于根瘤菌科，该科是植物中许多肿瘤的根源。Ti质粒包含T-DNA以及一系列引导感染过程的vir (毒力) 基因。农杆菌可用作将基因转移到植物中的载体。首先，用限制性内切酶将仅携带来自Ti质粒的T-DNA的杂合质粒切开，然后插入外源基因，从而创建重组质粒。然后将重组质粒转移到一个包含Ti质粒（该质粒已去除其T-DNA）的农杆菌细胞中。然后，将带有工程质粒的农杆菌用于感染植物，并将T-DNA与外源基因整合到植物基因组中。为了使农杆菌能够使用，DNA必须能够穿透到植物细胞中。这通常通过电穿孔来完成，在电穿孔中，向裸露的原生质体 (即植物组织和DNA)施加短暂的高电压电脉冲。电脉冲打开质膜中的孔隙，使DNA能够进入原生质体（然后可以通过用激素处理使其生长成成熟的植物）。在“基因枪”法中，将金或钨微球 (约 1 微米直径) 覆盖上来自特定目标基因的DNA或RNA。然后，将这些微球加速到培养皿中未分化的目标细胞中。一旦进入细胞，来自覆盖在微球上的DNA的基因就会被释放，并可以整合到宿主植物基因组中。这种方法的优点是，可以使用高百分比的单个T-DNA拷贝来转化植物。此外，有大量的载体系统可用以进行这种方法。
这种方法通过将涂有DNA的微弹加速到目标细胞中来传递微弹。微弹通常由钨或金制成。为了进行加速，使用高压氦气在火药下爆炸。使用基因枪法制成的植物包含多个拷贝的基因，该基因仍然能够以孟德尔模式分离。这种方法有助于增加植物中观察到的多样性。与农杆菌法相比，基因枪法有一些优势。在该方法中进行基因轰击的植物仍然具有繁殖能力。其他优势包括：这是转化叶绿体的唯一可靠方法，并且该方法不需要任何转化载体。
用于转化植物的新方法开辟了一个新的研究领域。转基因植物用于解决农业领域中的许多问题。此外，转基因植物还可用于医疗领域。
当人们去超市购物时，他们经常购买不软或过度成熟的水果。农业领域中水果的主要问题是，由于水果在加工和运输过程中成熟，因此它们经常会变得软。使用创建转基因植物的方法之一，科学家能够减缓成熟过程。三家公司已将这项技术应用于减缓番茄的成熟过程。现在，其他公司希望能够对其他水果（如芒果或木瓜）也做到这一点。谷物和豆类种子是许多人的重要蛋白质来源。然而，谷物和豆类种子中往往缺乏某些氨基酸，如谷物中的赖氨酸和豆类中的蛋氨酸。人们付出了许多努力来培育出营养价值更高的种子。目前，由于转基因技术，转基因烟草和油菜种子中的蛋氨酸含量增加了 33%。此外，通过用苋菜中的AmA1基因转化马铃薯，马铃薯的营养价值也得到了提高。
提高植物和水果的营养价值可以解决许多营养不良问题和疾病。维生素A缺乏症是亚洲的一个重大问题，影响着约 1.24 亿儿童，并会导致失明。亚洲的主要主食是大米，但大米不含任何维生素A。研究人员正在努力开发富含维生素A的大米。目前，科学家已经发现了转基因水稻种子胚乳中编码β-胡萝卜素 (维生素A的前体) 酶的基因，他们希望利用这些信息来改造水稻，使其能够通过水稻来产生维生素A。
转基因植物用于抗病害的应用受到了大众媒体的广泛关注。自 GMOs 在 20 世纪 90 年代中期问世以来，其使用一直是一个争论的话题。两个最著名的案例是木瓜的抗病毒性和玉米等作物的抗虫性，这些作物通过苏云金芽孢杆菌 (BT) 的基因获得了抗虫性。严重损害木瓜树的木瓜环斑病毒 (PRSV) 对夏威夷的木瓜产业造成了重大打击。通过使用基因枪，将病毒蛋白质外壳的基因插入木瓜组织中。一些木瓜细胞将病毒基因整合到它们的 DNA 中，使植物对 PRSV 免疫。这挽救了夏威夷的木瓜产业。BT 作物的引入和使用更是广为人知。BT 基因编码 Cry 蛋白，这种蛋白对蝴蝶和飞蛾的幼虫有毒性，并能特异性地靶向和杀死它们。通过将这种基因引入植物中，玉米、水稻和马铃薯等作物能够表现出 Cry 蛋白，并且被证明在阻止欧洲玉米螟毛虫等害虫方面非常有效。该蛋白具有很高的选择性，不会对其他昆虫 (例如甲虫、苍蝇、蜜蜂、黄蜂) 造成伤害，并且也被认为对人类食用安全。BT 内毒素的使用极大地减少了农作物中杀虫剂的使用。但是，害虫对 BT 玉米的免疫问题是一个问题，因此种植了不含毒素的避难作物，以减少毛虫对 Cry 蛋白免疫力的进化。
GMOs 也经过培育以改善食物的营养品质，通过延迟衰老来诱导更长的保质期，使玉米能够在酸性土壤中生长，保护草莓免受低温影响，以及其他各种用途。
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