Изменять свойства клеток можно, вводя клеточные органеллы (ядра, хлоропласты), изолированные из одних клеток, в протопласты других клеток. Так, одним из путей активизации фотосинтеза растительной клетки может служить введение в нее высокоэффективных хлоропластов. Искусственные ассоциации растительных клеток с микроорганизмами используют для моделирования на клеточном уровне природных симбиотических отношений, играющих важную роль в обеспечении растений азотным питанием в природных экосистемах Реконструкцию клеток проводят также при слиянии клеточных фрагментов (безъядерных, кариопластов с ядром, микроклеток, содержащих лишь часть генома интактной клетки) друг с другом или с интактными (неповрежденными) клетками. В результате получают клетки с различными свойствами, например, цибриды, либо клетки с ядром и цитоплазмой от разных родителей. Такие конструкции используют для изучения влияния цитоплазмы в регуляции активности ядра.
Протопласты используются для введения в клетку чужеродного материала не только путем соматической гибридизации, но и введением в них:
- хромосом,
- ДНК,
- кариопластов,
- органелл других клеток,
однако работы в этом направлении (собственно клеточная инженерия) только начинаются. Например, на протопластах петунии показано поглощение экзогенной ДНК.
Ф. Хоффманн с сотрудниками (1973) осуществили трансплантацию изолированных ядер Petunia hybrida в протопласты P. hybrida или Nicotiana glauca. Ядра выделяли из протопластов, окрашивали флуоресцирующим красителем и переносили в чужеродные изолированные протопласты. Трансплантацию проводили при слабом деплазмолизе протопластов, используя центрифугирование для слияния клеточных компонентов и обработку лизоцимом, обладающим модифицирующим действием на мембрану.
Протопласты из осадка ресуспендировали и просматривали под микроскопом. В результате перенесенные ядра обнаруживали (по флуоресценции) и внутри цитоплазмы, и в вакуоли. Однако поглощение ядра не всегда приводит к образованию гибрида. Так, ядра Petunia попадали в протопласты табака, но в молодых регенерантах хромосомы Petunia не были обнаружены.
Наряду с ядром возможна трансплантация хлоропластов вплоть до того, что хлоропласты высших растений и водорослей вводили в цитоплазму животных клеток, и даже в этом случае наблюдалось их нормальное деление.
Имеется положительный результат но включению в протопласт пестролистного мутанта Nicotiana tabacum функционально активных хлоропластов зеленого N. suaveolens. Получены целые растения, содержащие хлоропласты чужого организма. В результате культивирования таких протопластов образовывались зеленые каллусы, из них регенерировали растение; оно оказалось пестролистным.
Анализ состава белковой фракции (содержащей ключевой фермент фото-сентетической фиксации СО2 - рибулозо-бисфосфат-карбоксилазу/оксигеназу) у растений-регенерантов показал присутствие полипептидов, характерных для пластид как N. tabacum, так и N. suaveolens.
Таким образом, перенос хлоропластов можно применять для выведения новых форм хозяйственно важных сортов растений. Включение высокоэффективных хлоропластов может способствовать активации фотосинтеза и повышению продуктивности растения.