Τα πλαστίδια είναι εξειδικευμένες δομές εντός των φυτικών κυττάρων που παράγουν και αποθηκεύουν τρόφιμα και χρωστικές για το κύτταρο. Θεωρείται ότι έχουν εξελιχθεί από ανεξάρτητους μονοκύτταρους οργανισμούς που ζούσαν συμβιωτικά με τα φυτά πριν από ένα δισεκατομμύριο χρόνια, περιέχουν μεγάλο αριθμό γονιδίων και παράγουν έναν αριθμό πρωτεϊνών. Υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον για τη χρήση πλαστιδίων ως εργοστάσια για την παραγωγή πρωτεϊνών που παρουσιάζουν φαρμακευτικό ενδιαφέρον.
Τα πιο γνωστά πλαστίδια είναι οι χλωροπλάστες, οι οποίοι είναι ο τόπος της φωτοσύνθεσης. Άλλα περιλαμβάνουν χρωμοπλάστες που αποθηκεύουν χρωστικές ουσίες, όπως καροτενοειδή, που είναι υπεύθυνα για το χρωματισμό των φρούτων και των λουλουδιών. Οι λευκοπλάστες αποθηκεύουν άμυλο, λιπίδια ή πρωτεΐνες – όλες οι πιθανές πηγές τροφής. Οι ρίζες αποθήκευσης, όπως οι πατάτες και τα καρότα, μπορεί να περιέχουν λευκοπλάστες γεμάτους άμυλο. Οι τύποι πλαστιδίων μπορούν να αλληλομετατρέπονται, μετατρέποντας σε άλλους τύπους πλαστιδίων, ανάλογα με την κατάσταση του κυττάρου.
Οι χλωροπλάστες περιέχουν τη χρωστική ουσία χλωροφύλλη, η οποία απορροφά το φως και δίνει ένα πράσινο χρώμα στα φύλλα. Η χλωροφύλλη συλλαμβάνει την ενέργεια από το ηλιακό φως και τη χρησιμοποιεί για να διασπάσει το υδρογόνο από το οξυγόνο στο νερό. Αυτό παράγει το οξυγόνο που αναπνέουν οι άνθρωποι και τα ζώα. Το υδρογόνο ενσωματώνεται στο διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα. Αυτή η διαδικασία φωτοσύνθεσης παράγει τη γλυκόζη και άλλες ενώσεις που χρησιμοποιεί το φυτό για το μεταβολισμό.
Οι φυτικοί ιστοί μπορεί να έχουν μεγάλο αριθμό πλαστιδίων στο κυτταρόπλασμά τους. ένα κελί μπορεί να έχει πάνω από 50 από αυτά. Αυτά σχηματίζονται από τη διαίρεση των υπαρχόντων πλαστιδίων και κληρονομούνται μόνο από έναν γονέα.
Τα πλαστίδια έχουν μια εσωτερική διπλή μεμβράνη που τα χωρίζει από το υπόλοιπο κύτταρο. Μέσα σε αυτή τη μεμβράνη υπάρχουν πολλά εξειδικευμένα χαρακτηριστικά, όπως μια σειρά από πρόσθετες μεμβράνες και το πλάστωμα ή το συνολικό DNA του πλαστιδίου. Αυτό το γονιδίωμα του πλαστιδίου κωδικοποιεί περίπου 100 από τα γονίδια που χρειάζεται το πλαστίδιο, αλλά τα υπόλοιπα κωδικοποιούνται από τον πυρήνα του κυττάρου. Έτσι, το πλαστίδιο δεν είναι εντελώς ανεξάρτητο από το υπόλοιπο κύτταρο, παρόλο που διαιρείται χωριστά.
Υπάρχει επιθετική έρευνα σε εξέλιξη για τη χρήση χλωροπλάστες ως πηγή παραγωγής για βιολογικές ενώσεις, όπως ένζυμα και αντισώματα. Ο μετασχηματισμός πλαστιδίων έχει μεγάλο πλεονέκτημα έναντι των παραδοσιακών μεθόδων γενετικής μηχανικής φυτών, επειδή τα πλαστίδια δεν βρίσκονται στη γύρη στις περισσότερες περιπτώσεις. Έτσι, δεν θα πρέπει να εξαπλωθούν σε γειτονικά φυτά και τα γενετικά τροποποιημένα φυτά θα απομονωθούν. Αυτό θα βοηθήσει στην άμβλυνση των ανησυχιών σχετικά με την εξάπλωση αλλοιωμένων γονιδίων στο περιβάλλον.
Η εισαγωγή γονιδίων στο πλαστίδιο είναι πολύ πιο περίπλοκη από τις παραδοσιακές μεθόδους εισαγωγής γονιδίων στον πυρήνα του κυττάρου, επειδή κάθε κύτταρο μπορεί να έχει περισσότερα από 1,000 πλαστόματα. Κάθε μία πρέπει να τροποποιηθεί με τον ίδιο τρόπο για να είναι επιτυχής αυτή η τεχνική. Όταν, ωστόσο, είναι επιτυχές, το εισαγόμενο γονίδιο μπορεί να περιλαμβάνει έως και το 25% του συνόλου της κυτταρικής πρωτεΐνης. Επιπλέον, τα φυτά είναι σε θέση να κάνουν αλλαγές σε πρωτεΐνες που τα βακτήρια δεν μπορούν, δίνοντάς τους ένα πλεονέκτημα έναντι της παραγωγής σε συστήματα βακτηριακής υπερέκφρασης.
Αρκετά διαφορετικά είδη φυτών έχουν μεταμορφωθεί με επιτυχία στα πλαστίδια τους. Ο μετασχηματισμός πλαστιδοειδών φυτικών εμβρύων, ή νεαρών κυττάρων, συχνά επιτυγχάνεται με πιστόλι σωματιδίων. Αυτή η τεχνική επικαλύπτει σωματίδια χρυσού ή βολφραμίου με DNA και στη συνέχεια τα εκτοξεύει στον ιστό. Το DNA που χρησιμοποιείται είναι ένα πλασμίδιο, μια κυκλική μονάδα DNA που περιέχει το επιθυμητό γονίδιο. Θα περιέχει επίσης μια αλληλουχία DNA που του επιτρέπει να αναπαραχθεί στο κύτταρο και ένα γονίδιο για την αντίσταση στα αντιβιοτικά για να προσδιορίσει ποια κύτταρα έχουν μετασχηματιστεί.