Plastidi su specijalizirane strukture unutar biljnih stanica koje proizvode i pohranjuju hranu i pigmente za stanicu. Smatra se da su evoluirali od neovisnih jednostaničnih organizama koji su živjeli u simbiozi s biljkama prije više od milijardu godina, a sadrže velik broj gena i proizvode niz proteina. Postoji veliki interes za korištenje plastida kao tvornica za proizvodnju proteina koji su od farmaceutskog interesa.
Najpoznatiji plastidi su kloroplasti, koji su mjesto fotosinteze. Drugi uključuju kromoplaste koji pohranjuju pigmente, kao što su karotenoidi, koji su odgovorni za bojenje voća i cvijeća. Leukoplasti pohranjuju škrob, lipide ili proteine – sve potencijalne izvore hrane. Korijeni za skladištenje, poput krumpira i mrkve, mogu sadržavati leukoplaste pune škroba. Tipovi plastida mogu se međusobno pretvarati, postajući druge vrste plastida, ovisno o stanju stanice.
Kloroplasti sadrže pigment klorofil, koji upija svjetlost i daje zelenu boju lišću. Klorofil hvata energiju sunčeve svjetlosti i koristi je za odvajanje vodika od kisika u vodi. Time se proizvodi kisik koji ljudi i životinje udišu. Vodik se ugrađuje u ugljični dioksid iz zraka. Ovaj proces fotosinteze proizvodi glukozu i druge spojeve koje biljka koristi za metabolizam.
Biljna tkiva mogu imati veliki broj plastida u svojoj citoplazmi; jedna ćelija ih može imati preko 50. Oni nastaju diobom postojećih plastida i nasljeđuju se samo od jednog roditelja.
Plastidi imaju unutarnju dvostruku membranu koja ih odvaja od ostatka stanice. Unutar ove membrane nalazi se mnogo specijaliziranih značajki, kao što je niz dodatnih membrana i plastoma, odnosno ukupna DNK plastida. Ovaj genom plastide kodira oko 100 gena potrebnih plastidu, ali ostatak kodira jezgra stanice. Dakle, plastid nije potpuno neovisan od ostatka stanice, iako se dijeli odvojeno.
U tijeku su agresivna istraživanja koja koriste kloroplaste kao izvor proizvodnje bioloških spojeva, kao što su enzimi i antitijela. Plastidna transformacija ima veliku prednost u odnosu na tradicionalne metode genetskog inženjeringa biljaka, jer se plastidi u većini slučajeva ne nalaze u peludi. Stoga se ne bi smjele širiti na susjedne biljke, a genetski modificirane biljke bi bile izolirane. To bi trebalo pomoći u ublažavanju zabrinutosti oko širenja promijenjenih gena u okoliš.
Uvođenje gena u plastid puno je kompliciranije od tradicionalnih metoda uvođenja gena u staničnu jezgru, jer svaka stanica može imati više od 1,000 plastoma. Svaki se mora modificirati na isti način da bi ova tehnika bila uspješna. Međutim, kada je uspješan, uvedeni gen može sadržavati do 25% cjelokupnog staničnog proteina. Osim toga, biljke su sposobne napraviti izmjene na proteinima koje bakterije ne mogu, dajući im prednost u odnosu na proizvodnju u sustavima bakterijske prekomjerne ekspresije.
Nekoliko različitih biljnih vrsta uspješno je transformiralo plastide. Plastidna transformacija biljnih embrija, odnosno mladih stanica, često se postiže pištoljem za čestice. Ova tehnika oblaže čestice zlata ili volframa DNK, a zatim ih ubacuje u tkivo. Korištena DNK je plazmid, kružna jedinica DNK koja sadrži željeni gen. Također će sadržavati DNK sekvencu koja mu omogućuje repliciranje u stanici i gen za otpornost na antibiotike kako bi se identificirale koje su stanice transformirane.