Ngày nay nhờ sự phát triển nhanh chĩng của cơng nghệ sinh học người ta đã cĩ thể chuyển các gen xác định vào cơ thể thực vật để làm cho chúng cĩ được những tính chất cần thiết. Những gen này cĩ thể lấy từ một cây khơng cĩ quan hệ học hàng hoặc từ động vật, cơn trùng, nấm, vi khuẩn v.v...
1. Agrobacterium.
Việc chuyển gen đã được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau, tuy nhiên, đa số được thực hiện bằng hệ thống chuyển gen Agrobacterium.
Agrobacterium tumefaciens là loại vi khuẩn hình que, gram âm, cĩ nhiều trong đất, thuộc họ Rhizobiaceae, cĩ khả năng gây u ở thực vật, cịn A. Rhizogenes gây bệnh rễ tĩc (hairy root).
Agrobacterium tumefaciens cĩ một plasmid dài 120-150 kb, quyết định đặc tính gây u, được gọi là plasmid Ti (tumer inducing). A. rhizogenes cũng cĩ plasmid với kích thước tương tự, kích thích tạo rễ tĩc, được gọi là plasmid Ri. (root inducing). Một phần ADN của plasmid Ti hoặc Ri gọi là ADN. T, tức ADN vận chuyển, được gắn vào bộ gen của bộ gen thực vật, làm xuất hiện khối u hoặc rễ tĩc. Nhờ đặc tính này người ta sử dụng các plasmid Ti và Ri làm các vectơ chuyển gen để thay đổi các tính trạng di truyền ở thực vật theo ý muốn. Plasmid Ti hoặc Ri cĩ chứa một hoặc nhiều gen lạ được đưa trở lại vào Agrobacterium tumefaciens rồi vi khuẩn này sẽ chuyển và gắn chúng vào bộ gen tế bào thực vật.
Cấu tạo của plasmid Ti và Ri được mơ tả trong hình 6.
Hình 6. Sơ đồ cấu tạo của plasmid Ti hoặc Ri của Agrobacterium
Vùng T: Vùng phát sinh ADN vận chuyển (ADN T). Các gen này khi chuyển vào cây và biểu hiện trong bộ nhân của thực vật;
Vùng B: Vùng chức năng của vi khuẩn; Rhiz: Các gen tham dự vào hình thành rễ;
Onc: Các gen gây ung thư tham dự vào hình thành khối u; Bg và Bd: Bờ trái và bờ phải giới hạn vùng T;
OPS: Các gen tổng hợp các opin; OPC: Các gen dị hĩa các opin;
ORI: Nguồn gốc sao chép ở Agrobacterium;
VIR: Các gen mà biểu hiện của chúng liên quan đến mối tương tác giữa vi khuẩn gây bệnh và tế bào thực vật, theo theo sự vận chuyển của vùng T.
Sự thiết lập mối quan hệ giữa một cây và Agrobacterium được bắt đầu bằng vết thương của thực vật. Các tế bào thực vật bị thương sản sinh ra hợp chất phenol như acetosyringon cĩ tác dụng gây cảm ứng sự tương tác giữa vi khuẩn và tế bào thực vật, giúp cho các gen của ADN. T của vi khuẩn hồ nhập dễ dàng vào bộ gen của tế bào thực vật.
Sau khi hịa nhập vào bộ gen của tế bào thực vật, các gen của ADN. T biểu hiện ở tế bào thực vật: chúng mã hĩa cho tổng hợp các phytohormone dẫn đến tạo ra khối u hoặc rễ tĩc. Khi phần ADN. T chứa các gen liên quan đến chức năng tạo khối u được cắt bỏ khỏi plasmid Ti, chúng vẫn giữ nguyên khả năng chuyển gen lạ vào thực vật. Các plasmid như vậy được gọi là plasmid lành (disarmed plasmid) hiện nay đang được dùng nhiều vào việc chuyển gen khơng kèm theo khối u.
2. Chuyển gen nhờ Agrobacterium.
dùng các kháng sinh đặc hiệu như carnebicilin, cefotaxin. Các nguyên liệu thực vật sau đĩ được chuyển đến mơi trường tái sinh. Các cây tái sinh được nuơi trong vườn ươm và được trồng ra đất. Việc chuyển gen được xác định thành cơng nhờ hệ thống gen đánh dấu gắn kèm như gen kháng với kháng sinh, gen mã hĩa cho một enzyme cĩ phản ứng màu khi biểu hiện, gen mã hĩa cho luciferase, một enzyme của đom đĩm giúp các mơ chuyển gen phát sáng trong tối v.v…
Gen đánh dấu được sử dụng nhiều nhất là gen mã hĩa cho enzyme β-glucuro- nidase (được gọi là gen GUS A). Enzyme này ít cĩ ở thực vật trong điều kiện tự nhiên. Nếu đưa được gen GUS vào bộ gen của thực vật và gen này được biểu hiện thì trong mơ thực vật sẽ xuất hiện enzyme β-glucuronidase. Nĩ sẽ xúc tác cho một phản ứng màu đặc trưng (xanh da trời) với cơ chất X-gluc (5-bromo-4-chloro-3- indolyl-β-D-galactopyranoside). Plasmid pBI 121 do hãng Chonetech Laboratories (Mỹ) bán ra ở dạng đã được chuyển vào Agrobacterium tumefasiens (chủng LBA 4404) cĩ chứa gen GUS A và được dùng nhiều để chứng minh sự chuyển gen đã thành cơng trên một đối tượng thực vật nhất định. Để đưa các gen cĩ ý nghĩa kinh tế như gen mã hĩa vỏ protein của virus, gen độc tố của Bacillus thuringensis v.v… cĩ thể gắn gen đĩ vào pBI 121 và dùng gen GUS để kiểm tra.