自然界中存在的基因轉(zhuǎn)移和基因重組現(xiàn)象，為動植物的轉(zhuǎn)基因育種奠定了生物學(xué)基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)基因的研究就是從自然界中一種名為“農(nóng)桿菌”的生物學(xué)習(xí)來的。農(nóng)桿菌是普遍存在于土壤中的一種細(xì)菌，是天生的轉(zhuǎn)基因高手。例如，土壤中的根癌農(nóng)桿菌，攜帶有一種染色體外的可以自主復(fù)制的特殊DNA分子（Ti質(zhì)粒，即腫瘤誘導(dǎo)質(zhì)粒），含有致瘤基因，在自然條件下能侵染植物的傷口部位，進(jìn)入植物細(xì)胞，然后將自身的一段DNA（T-DNA，即轉(zhuǎn)移DNA）插入植物的基因組中，并誘導(dǎo)植物產(chǎn)生瘤狀物。我們平時(shí)看到許多樹干上鼓起的一個(gè)個(gè)大包，有些可能是樹木遭受物理性損傷，如擠壓、砍伐等，由于篩管的斷裂造成局部營養(yǎng)過剩而引發(fā)的；有些可能就是根癌農(nóng)桿菌的“杰作”?？茖W(xué)研究發(fā)現(xiàn)，早在8000年前，甘薯的基因組里就含有土壤農(nóng)桿菌的基因成分，可以說，甘薯是目前為止最古老的天然轉(zhuǎn)基因植物。
既然自然界中可以實(shí)現(xiàn)基因在生物體或物種之間的轉(zhuǎn)移和重組，產(chǎn)生轉(zhuǎn)基因生物，那么，在實(shí)驗(yàn)室中可不可以通過體外的基因重組，實(shí)現(xiàn)外源基因在另一種生物中的復(fù)制和表達(dá)呢？從20世紀(jì)40年代起，一系列重大生物工程技術(shù)的誕生，為實(shí)現(xiàn)體外的基因重組提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
常規(guī)的植物轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)就是借助現(xiàn)代生物工程技術(shù)，利用農(nóng)桿菌的天然轉(zhuǎn)基因能力實(shí)現(xiàn)的。簡單地說，就是將一種生物的一個(gè)或多個(gè)優(yōu)良基因進(jìn)行分離后，連接到農(nóng)桿菌的DNA分子中，利用農(nóng)桿菌將這些優(yōu)良基因插入到另外一種植物的基因組中，并實(shí)現(xiàn)表達(dá)，經(jīng)篩選得到具有期望性狀的轉(zhuǎn)基因植株。
推而廣之，所謂“轉(zhuǎn)基因技術(shù)”，就是將高產(chǎn)、抗逆、抗病蟲、高營養(yǎng)品質(zhì)等已知功能性狀的基因，通過DNA重組方法轉(zhuǎn)入到受體生物體中，使受體生物在原有遺傳特性的基礎(chǔ)上增加新的功能特性，獲得新品種，生產(chǎn)新產(chǎn)品。例如，將微生物體內(nèi)的抗蟲基因轉(zhuǎn)入棉花、水稻或玉米，培育成對棉鈴蟲、卷葉螟及玉米螟等昆蟲具有抗性的轉(zhuǎn)基因棉花、水稻或玉米。不過，轉(zhuǎn)基因技術(shù)涉及復(fù)雜的操作步驟，即使有農(nóng)桿菌的幫助，要想將基因成功轉(zhuǎn)入受體生物并且表達(dá)出來，也不是容易實(shí)現(xiàn)的，需要科學(xué)家們做大量的實(shí)驗(yàn)和長期的努力。
