目前植物转基因方法主要分为两类, 农杆菌介导和直接DNA 转移。

前者利用根癌农杆菌的Ti 质粒或发根农杆菌(Agrobacteriumrhizogenes)的Ri 质粒能转移小片段DNA(T-DNA)的特性, 将重组有外源DNA 的片段转入植物基因组。该法除用于双子叶植物外, 已在水稻、玉米、大麦、小麦、高粱等多种禾谷类作物中获得成功。直接DNA 转移法包括微注射、聚乙二醇(PEG)介导、微粒轰击(基因枪)、电穿孔等, 其中微粒轰击法因没有种或基因型的特异性,没有内在的载体要求而成为多种单、双子叶植物转化的主要方法。外源基因作为外来者整合进入受体植物基因组, 转基因表达有下降或不表达而出现基因沉默等复杂现象, 在不同的转化子中转基因的表达和遗传稳定性主要取决于转基因在植物基因组中的整合位置和组织结构,因此研究转基因座位的结构对转基因的表达具有重要意义。

Southern 杂交主要了解转基因的拷贝数, 而利用中期染色体或DNA 纤维进行的荧光原位杂交(fluorescent in situ hybridization, FISH)可直观明确转基因在染色体上的整合位置和座位数, 对转基因的结构也有所认识。近年来通过反向PCR、质粒营救法和TAIL-PCR 等分子生物学方法已报道了一些关于转基因座位结构的研究, 但有关转基因座位的结构特征还未完全了解。

现有的植物转基因技术无法控制转基因在染色体上的准确整合位置, 还未能达到精确定点整合。那么转基因在植物染色体上的整合是随机的还是非随机的, 不同的研究者通过各自的转基因植物的研究具有不同的结果。

利用FISH 技术研究微粒轰击转化的大麦、燕麦和其他植物认为转基因整合染色体是随机的, 但在染色体上的整合点常位于末端和亚末端。同样以微粒轰击获得的大麦19 个不同转化子的研究认为转基因整合染色体是非随机的, 共有23 个整合位点, 位于5 条染色体(2H, 3H, 4H, 5H,6H), 在1H 和7H 染色体未见整合位点, 整合位点的FISH 杂交信号有39%位于长、短臂的末端或亚末端,利用转基因作为标记进行遗传作图, 具有120 cM 图距的4H 染色体上仅在4 cM 图距内有整合位点, 表明转基因整合也存在染色体区域的偏向性。在转gfp 基因的大麦中gfp 基因整合为第5 染色体(1H)和带有随体的第6(6H)、第7(5H)染色体。不同转基因黄瓜系中转基因以单拷贝整合1~4 染色体, 转基因优先整合于常染色质区域。

转基因随机整合染色体在农杆菌介导获得的转基因植物和酵母中也存在。112 个拟南芥T-DNA 旁侧序列分析认为T-DNA 随机整合在5 对染色体上, 单拷贝的T-DNA 在拟南芥基因组中为随机整合, T-DNA 整合在基因区的5′上游、编码区或3′下游也是随机的。大多数单拷贝整合伴随DNA 片段或大或小的重排, 如靶点的缺失或重复, T-DNA 的缺失或重复, 以及染色体重排。但也有研究认为T-DNA 在基因组和基因水平的整合均为非随机。水稻的大量T-DNA 旁侧序列分析发现T-DNA 优先整合基因区, 即蛋白质编码区。在调查的1,000 个T-DNA 中, 有58.1%整合于基因区, 41.9%整合于基因间隔区, 2.4%整合于重复区, 而T-DNA 在基因水平上的整合是在编码区外围约500 bp 的5′、3′调控区, 主要是在内含子区, 而非外显子区。拟南芥中1,194 个T-DNA 旁侧序列和拟南芥基因组序列的比对分析认为, 有1,010 个T-DNA 整合于或靠近基因区, ATNTT 和polyA、polyT 基序在T-DNA 整合中具有重要功能, 这是转基因优先整合基因富集区的有力证据。统计分析表明拟南芥中T-DNA 优先插入富含AT 的区域, 但大量的已知功能的基因内没有T-DNA 整合, 表明T-DNA 整合在基因间也有非随机性。T-DNA 在拟南芥染色体的着丝粒和rDNA 区的整合受到抑制, 而向染色体末端整合频率逐渐提高, 整合和基因密度相关。在基因水平上整合偏向于编码区的5′ 和3′ 端, 基因的启动子处整合频繁。DNA 序列组成和基因活性的关系分析表明,5′端上游整合频率增加和基因表达活性成正相关,DNA 序列中CG 和AT 含量具有明显转换的过渡区就是T-DNA 整合的首选位置。

上述微粒轰击和农杆菌介导的研究表明, 转基因整合的随机性具有染色体的随机性和染色体区段的随机性之分。从整个基因组水平来说, 各条染色体的染色质结构、基因组成不相同, 转基因是无法识别各染色体的, 即转基因随机地整合各染色体。Altpeter在其综述中认为微粒轰击和农杆菌介导的转基因整合染色体为随机, 但转录活跃区优先整合。然而, 整合位点旁侧的基因组DNA 序列分析表明都属编码序列, 表明转基因整合是在受体基因组的编码区, 具有染色体区段的偏向性。目标基因及有关选择基因进入受体细胞并和受体基因组整合,首先要在细胞水平上进行表达。外源转基因整合于异染色质区将使转基因低表达或不表达, 使得该转基因细胞不被选择再生为植株, 而只有外源选择基因及转基因表达的细胞通过筛选后才能进一步培养为转基因植株, 结果转基因植株中的转基因都偏向于能表达的基因富集区。大部分植物的染色体中异染色质主要位于着丝粒区域, 近末端是基因富集区, 所以转基因在染色体上整合偏向染色体末端的特征实际上是组织培养中对转基因表达细胞的选择结果, 随机整合的特点因培养中的选择而被掩盖。

另外, 转基因成簇存在和染色体重排将对转基因细胞产生明显的选择压力, 具有独立多拷贝结构的转基因细胞不能成活, 结果单整合位点的转化子为主要类型。因此, 转基因整合应视为染色体和染色体区段随机性。Kohli还认为转基因整合可分为2个过程, 首先是染色体外(extrachromosome)完整质粒及转基因片段在整合之前进行重排形成多联体(concatemers), 其间没有基因组DNA, 然后, 这些重排的转基因以单位点整合, 由此产生整合热点而有利于其他转基因和基因组片段在邻近区域相继整合。结果转基因常以多拷贝整合在基因组的同一位点,紧密相连而以转基因簇存在, 最后导致转基因的缺失、基因组DNA 不同长度的缺失、转基因的正向或反向重复、转移DNA 的重排和填充DNA 的杂乱无章以及基因组DNA 片段分散存在的复合转基因座位。

转基因在拟南芥染色体上的整合位点分布较广,与大麦的整合位点偏向于染色体近末端并不矛盾,拟南芥基因组小, 异染色质含量低, 85%为基因富集区, 大麦基因组大, 80%以上为异染色质, 只有12%为基因富集区位于染色体的近末端。高梁各染色体中的染色质含量和分布的非随机性表明具有大基因组的植物其基因组的分子构象不同。在大麦的一些染色体上没有转基因整合位点, 可能与染色体中异染色质的含量不同有关, 加上分析的转基因群体数量有限而未能发现。