miniatura|Grangers de Kenya examinat un blat de moro bt transgènic Les plantes transgèniques o plantes modificades genèticament són aquells organismes modificats genèticament naturals que tenen un únic o diversos gens, transferits des d'una espècie no compatible sexualment. Encara que l'ADN d'una planta pot incorporar gens d'una altra espècie mitjançant processos naturals, el terme "planta transgènica " es refereix a plantes creades en un laboratori fent servir la tecnologia de l'ADN recombinant.
Cap a l'any 2006 hi havia al món uns 100 milions d'hectàrees de conreus transgènics i es cultivaven en 22 estats. Els Estats Units han adoptat aquesta tecnologia extensivament en canvi a Europa està molt limitada per les disposicions de la Unió Europea.
Existeixen varietats que contenen gens de dues o més espècies diferents que han estat creades per milloradors mitjançant procediments clàssics d'hibridació entre diferents espècies de plantes sexualment compatibles o fins i tot forçant al laboratori la fusió de cèl·lules d'espècies diferents. Aquestes plantes no s'anomenen transgèniques ni són subjectes a cap mena de legislació perquè no s'hi ha emprat l'enginyeria genètica. En són exemples moltes varietats resistents a determinades malalties freqüents en conreus.
En el cas de l'obtenció vegetal pel sistema clàssic es fan servir un nombre de tècniques in vitro com són la fusió del protoplast, rescat d'embrions o la mutagènesi per a generar diversitat i produir plantes que de manera espontània no existirien a la naturalesa.
Flux natural entre espècies El flux de gens espontani entre espècies bacterianes, també anomenat transferència de gens horitzontal, ocorre mitjançant un procés natural Això implica una translocació natural a nous llocs dins el genoma gràcies a elements genètics mòbils anomenats transposons i retrotransposons això al llarg de molt de temps pot portar que es formin noves espècies.November 2003 Vol 4 No 11 Nature Reviews Genetics 4, 865-875 (2003); doi:10.1038/nrg1204 THE ORIGIN OF NEW GENES: GLIMPSES FROM THE YOUNG AND OLD (By Manyuan Long, Esther Betrán, Kevin Thornton & Wen Wang
S'ha de tenir en compte que cada cèl·lula vegetal conté de 20.00 a 60.000 gens i en el millor dels casos només es coneix la funció de la meitat d'aquests L'ADN mòbil genèticament constituteix la fracció més important de l'ADN de moltes plantes.
Creació deliberada de plantes transgèniques El triticale un híbrid entre el blat i el sègol obtingut l'any 1876 va ser el primer cereal transgènic que es va obtenir (mitjançant selecció pel mètode clàssic).
Al es va aconseguir repetidament la introducció de germoplasma d'una espècie dins d'una altra, també es van aconseguir, durant dècades, translocacions com la d'inserció de grans blocs de gens del sègol dins del cromosoma del blat.Plant genetic resources: What can they contribute toward increased crop productivity? — PNAS: 1. David Hoisington*, 2. Mireille Khairallah, 3. Timothy Reeves, 4. Jean-Marcel Ribaut, 5. Bent Skovmand, 6. Suketoshi Taba, and 7. Marilyn Warburton
Cap a la dècada de 1930 es va introduir l'ús de la substància (present de manera natural a les plantes del gènere Colchicum) colquicina, i així es van hibridar amb el blat herbes perennes amb la intenció de transferir resistència a malalties, i que a més el blat passés a ser una planta perenne. També es va començar a cultivar en l'agricultura plantes híbrides a gran escala. El 1985 l'empresa Plant Genetic Systems (Gant, Bèlgica), fundada per Marc Van Montagu i Jeff Schell, va ser la primera companyia a desenvolupar plantes genèticament modificades (primer de tabac) les quals mostraven tolerància als insectes, ja que expressaven gens que codificaven proteïnes insecticides del bacteri Bacillus thuringiensis (Bt).Vaeck, M., A. Reynaerts, H. Hofte, S. Jansens, M. De Beuckeleer, C. Dean, M. Zabeau, M. Van Montagu & J. Leemans. 1987, Transgenic plants protected from insect attack, Nature 328: 33-37.
Història Els humans han influït directament en la composició genètica de les plantes per augmentar el seu valor com a cultiu mitjançant la domesticació. La primera evidència de la domesticació de les plantes prové del blat emmer i einkorn que es troba als pobles neolítics A anteriors a la ceràmica del sud-oest asiàtic, datats entre el 10500 i el 10100 aC. La Lluna Creixent Fèrtil d'Àsia Occidental, Egipte i l'Índia van ser llocs de la primera sembra i collita planificades de plantes que prèviament s'havien reunit a la natura. El desenvolupament independent de l'agricultura es va produir al nord i al sud de la Xina, al Sahel d'Àfrica, a Nova Guinea i a diverses regions de les Amèriques. Els vuit cultius fundadors del Neolític (blat tendre, blat de gall vermell, ordi, pèsols, llenties, vesera amarga, cigrons i lli) havien aparegut cap al 7000 aC. Els ramaders tradicionals han introduït durant molt de temps el germoplasma estranger en els cultius creant noves creus. Un gra de cereal híbrid es va crear el 1875, creuant blat i sègol. Des de llavors s'han introduït trets que inclouen gens nanos i resistència a l'òxid. El cultiu de teixits vegetals i les mutacions deliberades han permès als humans alterar la composició dels genomes de les plantes.
Els avanços moderns en genètica han permès als humans alterar més directament la genètica de les plantes. El 1970, el laboratori de Hamilton Smith va descobrir enzims de restricció que permetien tallar l'ADN en llocs específics, cosa que va permetre als científics aïllar gens del genoma d'un organisme. Les ligases d'ADN, que uneixen l'ADN trencat, s'havien descobert anteriorment el 1967 i combinant les dues tecnologies era possible "tallar i enganxar" seqüències d'ADN i crear ADN recombinant. Els plasmidis, descoberts el 1952, es van convertir en eines importants per transferir informació entre cèl·lules i replicar seqüències d'ADN. El 1907 es va descobrir un bacteri causant de tumors vegetals, Agrobacterium tumefaciens, i a principis de la dècada de 1970 es va trobar que l'agent inductor del tumor era un plasmidi d'ADN anomenat plasmidi Ti. En eliminar els gens del plasmidi que va causar el tumor i afegir-hi gens nous, els investigadors van poder infectar les plantes amb A. tumefaccions i deixar que els bacteris inserissin la seqüència d'ADN escollida als genomes de les plantes. Com que no totes les cèl·lules vegetals eren susceptibles a la infecció per A. tumefaccions, es van desenvolupar altres mètodes, inclosa l'electroporació, la microinjecció i el bombardeig de partícules amb una pistola genètica (inventat el 1987). Als anys vuitanta es van desenvolupar tècniques per introduir cloroplasts aïllats de nou en una cèl·lula vegetal a la qual se li va eliminar la paret cel·lular. Amb la introducció de l'arma genètica el 1987 es va fer possible la integració de gens estranys en un cloroplast. La transformació genètica s'ha convertit en molt eficient en alguns organismes model. El 2008 es van produir llavors modificades genèticament a Arabinosis thaliana simplement submergint les flors en una solució Agrobacteri. El 2013 CRISPR es va utilitzar per primera vegada per dirigir-se a la modificació dels genomes de les plantes.
La primera planta de cultiu modificada genèticament va ser el tabac, que es va informar el 1983. Es va desenvolupar creant un gen quimèric que va unir un gen resistent als antibiòtics al plasmidi T1 d'Agrobacteri. El tabac es va infectar amb Agrobacteri transformat amb aquest plasmidi, donant lloc a la inserció del gen quimèric a la planta. Mitjançant tècniques de cultiu de teixits es va seleccionar una única cèl·lula de tabac que contenia el gen i una nova planta que en va créixer. Les primeres proves de camp de plantes modificades genèticament es van produir a França i als Estats Units el 1986, les plantes de tabac van ser dissenyades per ser resistents als herbicides. El 1987, Sistemes Genètics Vegetals, fundada per Marc Van Montagu i Jeff Schell, va ser la primera empresa a dissenyar genèticament plantes resistents als insectes mitjançant la incorporació de gens que produïen proteïnes insecticides de Bacillus thuringiensis (Bt) al tabac. La República Popular de la Xina va ser el primer país a comercialitzar plantes transgèniques, introduint un tabac resistent al virus el 1992. El 1994 Calgene va obtenir l'aprovació per llançar comercialment el tomàquet Flavr Savr, un tomàquet dissenyat per tenir una vida útil més llarga. També el 1994, la Unió Europea va aprovar el tabac dissenyat per ser resistent a l'herbicida bromoxinil, cosa que el converteix en el primer cultiu d'enginyeria genètica comercialitzat a Europa. El 1995 Bt Potato va ser aprovada de manera segura per l'Agència de Protecció del Medi Ambient, després d'haver estat aprovada per la FDA, convertint-la en el primer cultiu productor de pesticides que es va aprovar als EUA. El 1996 s'havia concedit un total de 35 aprovacions per cultivar comercialment 8 cultius transgènics i un cultiu de flors (clavell), amb 8 trets diferents a 6 països més la UE. El 2010, 29 països havien plantat cultius modificats genèticament comercialitzats i 31 països més havien concedit l'aprovació reglamentària per a la importació de cultius transgènics.
El primer animal modificat genèticament que es va comercialitzar va ser el GloFish, un peix zebra amb un gen fluorescent afegit que li permet brillar a la foscor sota la llum ultraviolada. El primer animal modificat genèticament que es va aprovar per a ús alimentari va ser el salmó AquAdvantage el 2015. El salmó es va transformar amb un gen regulador de l'hormona del creixement procedent d'un salmó Chinook del Pacífic i un promotor d'un cabdell oceànic que li va permetre créixer durant tot l'any en lloc de només durant la primavera i l'estiu.
Mètodes Els cultius modificats genèticament tenen gens afegits o eliminats mitjançant tècniques d'enginyeria genètica, que originàriament incloïen pistoles genètiques, electroporació, microinjecció i agrobacteri. Més recentment, CRISPR i TALEN van oferir tècniques d'edició molt més precises i convenients.
Les armes gèniques (també conegudes com a biològiques) "disparen" (partícules directes d'alta energia o radiacions contra) apunten als gens cap a les cèl·lules vegetals. És el mètode més comú. L'ADN està unit a petites partícules d'or o tungstè que posteriorment es disparen al teixit vegetal o a cèl·lules d'una sola planta a alta pressió. Les partícules accelerades penetren tant a la paret cel·lular com a les membranes. L'ADN se separa del metall i s'integra a l'ADN de la planta dins del nucli. Aquest mètode s'ha aplicat amb èxit en molts cultius cultivats, especialment en monocotiledònies com el blat o el blat de moro, per als quals la transformació amb Agrobacterium tumefaciens ha tingut menys èxit. El principal desavantatge d'aquest procediment és que es pot produir un dany greu al teixit cel·lular.
La transformació mediada per Agrobacterium tumefaciens és una altra tècnica habitual. Els agrobacteris són paràsits naturals de les plantes. La seva capacitat natural de transferir gens proporciona un altre mètode d'enginyeria. Per crear un entorn adequat per a ells mateixos, aquests Agrobacteris insereixen els seus gens en hostes vegetals, donant lloc a una proliferació de cèl·lules vegetals modificades a prop del nivell del sòl (fel de la corona). La informació genètica per al creixement del tumor es codifica en un fragment de DNA mòbil i circular (plasmidi). Quan Agrobacterium infecta una planta, transfereix aquest ADN-T a un lloc aleatori del genoma de la planta. Quan s'utilitza en enginyeria genètica, l'ADN T bacterià s'elimina del plasmidi bacterià i se substitueix pel gen estrany desitjat. El bacteri és un vector que permet el transport de gens estranys a les plantes. Aquest mètode funciona especialment bé per a plantes dicotiledònies com les patates, els tomàquets i el tabac. La infecció per Agrobacteria té menys èxit en cultius com el blat i el blat de moro.