วัตถุประสงค์ของการถ่ายยีนเข้าสู่พืช ประการแรก ได้แก่ ความต้องการนำยีนที่ควบคุมลักษณะบางอย่างที่เป็นประโยชน์เข้าสู่โครโมโซมพืชที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจ เพื่อปรับปรุงพันธุ์ให้เป็นพืชที่มีลักษณะดีตามความต้องการของเกษตรกรและผู้บริโภค ทั้ง พืชไร่ พืชสวน และ ไม้ดอกไม้ประดับ ประการที่สองเพื่อ การศึกษาให้เกิดความเข้าใจในกลไก หรือการทำงานของยีน (gene function) หรือกระบวนต่างๆ ในทางชีววิทยา(biological process) โดยเมื่อถ่ายยีนเข้าสู่พืชแล้วและยีนดังกล่าวมีการแสดงออกในต้นพืช ก็จะสามารถอธิบายหรือแสดงให้เห็นถึงบทบาทของยีนและกระบวนการที่เกิดขึ้นในพืชได้ระดับหนึ่ง ทั้งนี้รวม
ถึงการศึกษาในด้านปฏิสัมพันธ์ระหว่างพืชกับเชื้อโรคหรือจุลินทรีย์ดินด้วย
ยีนเดี่ยว (a single gene) หรือ ยีนกลุ่มเล็กๆ (a small cluster of genes) ที่นำมาใช้ถ่ายเข้าสู่พืช เพื่อปรับปรุงพันธุ์พืชได้แก่ ยีนควบคุมแมลงศัตรูพืช ยีนต้านทานไวรัสพืช ยีนต้านทานสารกำจัดวัชพืช ยีนควบคุมการสุกของผลไม้ ยีนเปลี่ยนสีกลีบดอกไม้ยีนควบคุมคุณค่าทางโภชนาการของเมล็ดพืชและยีนควบคุมการผสมตัวเอง ส่วนพืชเศรษฐกิจชนิดต่างๆ ที่มี รายงานการถ่ายยีนให้แล้ว และยีนดังกล่าวทำงานได้เมื่อเข้าไปสอดแทรกในโครโมโซมพืช ได้แก่ มะเขือเทศ มันฝรั่ง ผักกาดหอม แคโนลา ฝ้าย ถั่วเหลือง ข้าวโพด และข้าว เป็นต้น การถ่ายยีนเข้าสู่พืชจึงเป็นการปรับปรุงพันธุ์พืชให้มีลักษณะดีตรงตามความต้องการได้อีกวิธีหนึ่ง นอกเหนือไปจากการผสมพันธุ์พืชที่ปฏิบัติกันมานานโดยทั่วไป ทั้งนี้คาดหวังว่าการถ่ายยีนให้กับพืช จะมีข้อได้เปรียบบางประการ คือ
1. สามารถผลิตพืชที่มีลักษณะทางพันธุกรรม (genotype) ที่ดี ที่ใช้วิธีการ ผสมพันธุ์พืชแบบทั่วไป (conventional breeding) ทำไม่ได้
2. สามารถเปลี่ยนแปลงข้อด้อยบางอย่างของพันธุ์พืชได้อย่างมีประสิทธิภาพ
3. สามารถเพิ่มคุณค่าหรือคุณสมบัติในด้านที่เป็นประโยชน์ทางการค้าให้แก่พืช โดยใช้วิธีการที่ชัดเจนทำให้มีการขอสิทธิประโยชน์จากการดำเนิน

                         1. มีระบบการเพาะเลี้ยงเซลล์และเนื้อเยื่อพืชจนสามารถพัฒนาเป็นต้นพืชที่สมบูรณ์และพืชนั้นถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมไปสู่รุ่นลูกได้
                         2. มีวิธีการที่เหมาะสม สำหรับนำยีนจากภายนอกต้นพืชเข้าสอดแทรกในโครโมโซมของเซลล์พืช

                         1.โคลนยีน ศึกษารายละเอียดของยีนที่ต้องการถ่ายยีนเข้าสู่พืช (Gene cloning and identification) และจัดทำพลาสมิดสำหรับถ่ายยีน
                         2. พัฒนาระบบเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อหรือชิ้นส่วนพืช ให้เป็นต้นพืช (Plant regeneration)ซึ่งจำเป็นสำหรับการพัฒนาเซลล์หรือ เนื้อเยื่อพืชที่ถ่ายยีนแล้วให้เป็นต้นพืช
                         3. ถ่ายยีน (หรือดีเอ็นเอ) เข้าสู่โครโมโซมพืช (Gene transfer to plant) ด้วยวิธีการที่เหมาะสมกับ explant

ปัจจุบันมี 2 วิธีการที่นิยมใช้ ได้แก่
1. การใช้เชื้ออะโกรแบคทีเรีย (Agrobacterium-mediated gene transfer)
                 2. การใช้เครื่องยิงอนุภาค (Particle bombardment)

ทั้ง 2 วิธีนี้เป็นการถ่ายยีนเข้าสู่โครโมโซมในเซลล์พืช จากนั้นจึงจะเพาะเลี้ยง ชักนำและพัฒนาเซลล์พืชที่มียีนเพิ่มเข้ามาในโครโมโซมเดิมให้เจริญเป็นต้นพืชต้น ใหม่ ซึ่งจะทำให้พืชที่เพาะเลี้ยงได้มีลักษณะทางพันธุกรรมเปลี่ยนไป
พลาสมิดพาหะ (plant vector) ที่ใช้ในการถ่ายยีนโดยใช้เชื้ออะโกรแบคทีเรีย จะประกอบด้วย ชุดโครงสร้างของ target gene, screenable
marker และ selectable marker และชุดโครงสร้างของ T-DNA ส่วน plant vector ที่ใช้ในการถ่ายยีนด้วยวิธี electroporation และ particle
bombardmentไม่จำเป็นต้องมีชุดโครงสร้าง T-DNA

                    explant ที่ใช้อาจเป็นใบเลี้ยง (cotyledon) หรือต้นอ่อน (Hypocotyl) หรือ ใบจริง (true leaf) ของพืชซึ่งเมื่อนำมาเพาะเลี้ยงบนอาหาร
สังเคราะห ์ที่เติมฮอร์โมนต่างๆ ให้เหมาะสมแล้วสามารถพัฒนาเป็นยอดหรือคัพภะของพืชและเจริญเติบโตเป็นต้นพืชได้ มักเรียกชื่อวิธีการถ่ายยีนว่า leaf
disc transformation มีขั้นตอนสรุปได้ดังนี้

1. เพาะเลี้ยงต้นกล้าพืชหรือต้นพืชที่มีใบจริงโดยสมบูรณ์ในอาหารสังเคราะห์

2. ตัดชิ้นส่วนใบเลี้ยงหรือต้นอ่อนให้มีขนาดพอเหมาะ เพื่อให้เกิดบริเวณที่เป็นรอยตัดของเซลล์

3. เตรียมเชื้ออะโกรแบคทีเรียซึ่งภายในเซลล์บรรจุพลาสมิด 2 ชนิด (binary vectors) คือ

3.1  helper plasmid หรือ disarmed plasmid เป็นพลาสมิดที่ประกอบด้วย trans-acting element ได้แก่ vir gene
ซึ่งจำเป็นต่อการเข้าสู่เซลล์พืชของเชื้ออะโกรแบคทีเรีย

3.2 autonomous vector หรือ bacterial plasmid เป็นพลาสมิดที่ประกอบด้วย cis-acting element คือ
ยีนเป้าหมายที่ต้องการถ่ายเข้าสู่พืช พร้อมด้วย promoter และ terminator โดยมีชิ้นส่วนดีเอ็นเอ RB (Right border)
และ LB (Left border) ขนาบข้างไว้ เมื่อต้องการถ่ายยีนที่อยู่ในautonomous vector เข้าสู่พืชก็จะโยกย้ายพลาสมิด
นี้เข้าสู่เซลล์ อะโกรแบคทีเรียในข้อ 3.1 ที่มี helper plasmid อยู่แล้ว

เลี้ยงเชื้ออะโกรแบคทีเรียบนอาหารแข็งให้ได้ single colony แล้วย้ายโคโลนีเดี่ยวมาเลี้ยงในอาหารเหลวเลี้ยงเชื้อนาน 16 ชั่วโมง
ตกตะกอนแยกเซลล์แบคทีเรียออกจากอาหาร เติมอาหารเหลวเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อลงไปทดแทน ปรับปริมาณเชื้อให้เข้มข้นประมาณ 10⁹-10¹²
CFU ใส่ในขวดแก้วมีฝาปิด (บางกรณีอาจเติมสาร acetosyringone ช่วยกระตุ้นการถ่ายยีนด้วย)

4.   นำชิ้นพืชที่ตัดไว้ในข้อ 2 มาใส่แช่ในเชื้ออะโกรแบคทีเรียที่เตรียมไว้ เขย่าเป็นครั้งคราวเป็นเวลา 10-30 นาทีพื่อให้เชื้อเกาะกับเซลล์ พืชตรงบริเวณรอยตัดของชิ้นพืช

5. ย้ายชิ้นพืชออกวางบนอาหารแข็งเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ ซึ่งนิยมใช้เซลล์แขวนลอยของพืชบางชนิด เช่น ยาสูบ มะเขือเทศ โรยบนผิวหน้าอาหาร
วางกระดาษกรองทับด้านบนอีกหนึ่งแผ่น วางชิ้นพืชบนกระดาษกรองสารจากเซลล์แขวนลอยจะซึมผ่านกระดาษกรองขึ้นมาช่วยกระตุ้นให้เชื้อ
อะโกรแบคทีเรียเข้าสู่เซลล์พืชได้อย่างมีประสิทธิภาพ บ่มไว้ไนที่มืด 2-3 วัน

6. ย้ายชิ้นพืชออกวางเพาะเลี้ยงบนอาหารแข็งสำหรับเพาะเลี้ยงชักนำยอดหรือแคลลัส ซึ่งเติมสารปฏิชีวนะกำจัดเชืออะโกรแบคทีเรีย เพื่อเพาะ
เลี้ยง explant ให้เป็นต้นพืชที่สมบูรณ์ต่อไป

ในกรณีที่ plant vector มีชุดโครงสร้างยีนที่เป็น selectable marker จะเติมสารที่จำเป็นสำหรับการคัดเลือกเฉพาะซลล์ที่ได้รับการถ่ายยีนลง
ในอาหาร เเพาะเลี้ยง explant ด้วย ถ้ามี screenable marker จะสามารถตรวจสอบการเกาะยึดของเซลล์แบคทีเรียกับชิ้นพืช และการแสดงออกของ marker
แบบ transient expression ได้ภายใน 24-48 ชั่วโมง

วิธีนี้ใช้อุปกรณ์ที่มีแรงดันในการขับเคลื่อนอนุภาคโลหะที่เคลือบผิวภายนอกไว้ด้วยดีเอ็นเอที่จะถ่ายเข้าสู่พืชให้เข้าไปในเซลล์พืชแต่กระบวนการภายใน
เซลล์เพื่อ โยกย้าย ดีเอ็นเอเข้าไปสอดแทรกในโครโมโซมพืชนั้นยังไม่ทราบแน่ชัด วิธีการที่ใช้ขับเคลื่อนอนุภาคมีชื่อเรียกต่างกันตามกลไกในการขับเคลื่อน ได้แก่ วิธี
microprojectile และอีกแบบหนึ่ง เรียกว่า transfer impulse หรือ Biolistic การถ่ายยีนจะเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคโลหะขนาด 1-4 ไมครอนมีแรงขับเคลื่อนที่ทำ
ให้เกิดความเร็วประมาณ 300-600 เมตร/วินาที และสามารถผ่านทะลุผนังเซลล์พืชเข้าไปได้ กลไกทั้ง 2 แบบสามารถนำมาใช้กับเซลล์ได้หลายชนิดทั้งพืช สัตว์
สาหร่ายเซลล์เดียวสีเขียว และยีสต์ สำหรับพืชใช้ได้กับ explant ที่อยู่ในสภาพเซลล์แขวนลอย แคลลัส เอมบริโอเจนิคแคลลัส คัพภะ ต้นอ่อน และใบเลี้ยงคู่แรกของ
ต้นกล้า ใช้ได้กับพืชใบเลี้ยงคู่ทั่วไป เช่น ฝ้าย มะละกอ ยาสูบ ถั่ว และพืชใบเลี้ยงเดี่ยว เช่น ข้าว ข้าวโพด ข้าวฟ่าง
อนุภาคโลหะที่นิยมใช้ได้แก่ ทังสเตน และทอง นำมาเคลือบผิวภายนอกด้วยดีเอ็นเอซึ่งเป็นพลาสมิดสายผสมที่มียีนเป้าหมายสอดแทรกอยู่สารที่ช่วย
เเคลือบดีเอ็นเอติด กับอนุภาคได้แก่ calcium chloride และ spermidine จากนั้นอาจผสมอนุภาคกับ ethanol หรือ สารละลายชนิดอื่นตามวิธีการเฉพาะ
ที่ระบุไว้สำหรับอุปกรณ์แต่ละแบบ
อุปกรณ์ที่ใช้ทำให้เกิดแรงขับเคลื่อนอนุภาคมีชื่อเรียกต่างๆ ได้แก่ gunpowder device, microtargeting apparatus, pneumatic instrument,
flowing helium instrument, biolistic device เป็นต้น ขั้นตอนการถ่ายยีนโดยทั่วไปมีดังนี้

1.  เตรียม explant ที่จะใช้ถ่ายยีน โดยให้ explant วางอยู่บนอาหารแข็งที่ใช้เพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ อาจมีการใช้สารช่วยปรับสภาพเซลล์ เช่น
สารละลาย น้ำตาล

2.   เคลือบดีเอ็นเอบนอนุภาคทอง หรือทังสเตน ตามวิธีการที่เหมาะสม

3.   ใช้อุปกรณ์สำหรับขับเคลื่อนอนุภาคส่งอนุภาคออกไปสู่ explant ซึ่งจะทำภายในตู้ (chamber) ปลอดเชื้อขนาดเล็กที่ชื่อมต่อจากอุปกรณ์
อุปกรณ์ขับเคลื่อน

4.  นำ explant ไปเพาะเลี้ยงต่อให้เป็นต้นพืช และตรวจสอบผลการถ่ายยีน

เซลล์พืชที่ได้รับการถ่ายยีนจะมี selectable marker บางชนิดที่แสดงออกได้ในเซลล์พืชและทำให้เซลล์ดังกล่าวเจริญได้อาหารเพาะเลี้ยงที่เติมสาร
บางชนิดที่สอดคล้องกับ คุณสมบัติของ marker เช่น เจริญได้ในอาหารที่เติมสารปฏิชีวนะ กานามัยซิน ซึ่งเป็นผลจากยีน NPT II หรือเจริญได้ในอาหารที่เติม
สารเคมีกำจัดวัชพืช Bialaphos ซึ่งเป็นผลมาจากยีน bar เป็นต้น ปัจจุบันการใช้ selectable marker ชนิดอื่นอีก เช่น ยีนควบคุมการใช้น้ำตาล บางชนิด
เซลล์ที่เจริญได้จะพัฒนาเป็นลำดับเมื่อเพาะเลี้ยงในอาหารเพาะเลี้ยงที่ใช้ในการพัฒนาเซลล์และเนื้อเยื่อจนเป็นต้นพืชที่สมบูรณ์ ระยะเวลาของการเพาะเลี้ยงขึ้นกับ
ชนิดพืช ซึ่งมักจะใช้เวลาไม่น้อยกว่า 2-3 เดือน

ต้นพืชที่พัฒนามาจากเซลล์และเนื้อเยื่อที่ได้รับการถ่ายยีน จัดเป็น transgenic plant หรือ พืชจำลองพันธุ์รุ่นแรก (R₀) การตรวจสอบทำได้ทั้งการใช้
การใช้วิธีการทาง อณูชีววิทยาและชีววิทยาการวิเคราะห์และตรวจสอบว่าพืช R₀ แต่ละต้นมียีนเป้าหมาย สอดแทรกอยู่ในโครโมโซมหรือไม่นิยมทำโดยการสกัด
สกัดดีเอ็นเอจากโครโมโซมของพืช แล้วย่อยดีเอ็นเอด้วยเอนไซม์ตัดจำเพาะ จากนั้นแยกขนาดดีเอ็นเอด้วยเทคนิค gel electrophoresis แล้วใช้เทคนิค Southern
transfer ย้ายดีเอ็นเอจากเจลไปสู่แผ่นเมมเบรน เพื่อตรวจหาแถบดีเอ็นเอที่มียีน เป้าหมายอยู่โดยใช้ดีเอ็นเอตัวตรวจ (DNA probe) นอกจากนี้อาจตรวจหายีนเป้า หมายบนโครโมโซมพืชด้วยเทคนิค พีซีอาร์ (polymerase chain reaction, PCR) ได้อีกวิธีหนึ่ง
การตรวจสอบผลผลิตของยีนเป้าหมาย ในพืช R₀ ทำได้ จากการตรวจสอบ อาร์เอ็นเอส่งข่าว (mRNA) ด้วยเทคนิค Northern hybridization หรือ
เทคนิค RT-PCR และทำได้โดยการตรวจสอบโปรตีนที่เป็นผลผลิตยีนด้วยเทคนิค ELISA และ Western blot analysis หรือตรวจหาเอนไซม์ที่เป็นผลผลิต
ของยีนด้วยเทคนิคทางชีวเคมี
ในกรณีที่ต้องการตรวจสอบคุณภาพของพืชจำลองพันธุ์ที่ได้ว่ามีลักษณะทาง พันธุกรรมเปลี่ยนไปตรงตามความประสงค์อาจจำเป็นต้องใช้วิธีทดสอบทาง
ชีววิทยา เช่น การตรวจดูความต้านทานโรค แมลงศัตรูพืช โดยการปลูกเชื้อสาเหตุโรคพืชให้กับพืชที่ได้รับการ ถ่ายยีนหรือให้แมลงดูดกิน กัดกินพืชที่ได้รับการถ่ายยีน
แล้วประเมินคุณภาพพืชที่ได้รับการถ่ายยีนว่าดีกว่าพืชที่ไม่ได้รับการถ่ายยีนหรือไม่อย่างไร

ใช้วิธีการทางอณูชีววิทยาเช่นเดียวกับการตรวจสอบพืชรุ่น R₀ รวมทั้งการทดสอบการกระจายตัวของยีนตามกฎของเมนเดล ซึ่งอาจตรวจสอบจาก
screenable marker หรือ selectable marker หรือ ตรวจคุณภาพของพืชที่ได้รับการถ่ายยีน โดยที่พืชที่ได้รับการถ่ายยีนรุ่น R₁ และ R₂ จะต้องได้
มาจากการผสมตัวเองของพืชรุ่น R₀ และ R₁ ตามลำดับ