Les protoplastes sont des cellules dont la paroi cellulaire a été enlevée, généralement par digestion avec des enzymes. Les enzymes de cellulase digèrent la cellulose dans les parois des cellules végétales tandis que les enzymes de pectinase décomposent les cellules de rétention de pectine ensemble. Une fois la paroi cellulaire enlevée, le protoplaste résultant est de forme sphérique.

La digestion est généralement effectuée après incubation dans un osmotique (une solution de concentration supérieure au contenu cellulaire qui provoque la plasmolyse des cellules). Cela rend les parois cellulaires plus faciles à digérer. Les débris sont filtrés et / ou centrifugés hors de la suspension et les protoplastes sont ensuite centrifugés pour former une pastille. Lors de la remise en suspension, les protoplastes peuvent être cultivés sur des milieux qui induisent la division et la différenciation cellulaires. Un grand nombre de plantes peuvent être régénérées à partir d’une seule expérience – un gramme de tissu de feuille de pomme de terre peut produire plus d’un million de protoplastes, par exemple.

Les protoplastes peuvent être isolés de divers tissus végétaux : feuilles, tiges, racines, fleurs, anthères et même pollen. Les milieux d’isolement et de culture utilisés varient selon l’espèce et le tissu à partir duquel les protoplastes ont été isolés. Les protoplastes sont utilisés de plusieurs façons pour la recherche et pour l’amélioration des plantes. Ils peuvent être traités de différentes manières (électroporation, incubation avec des bactéries, choc thermique, traitement à pH élevé) pour les inciter à absorber l’ADN. Les protoplastes peuvent ensuite être cultivés et les plantes régénérées. De cette façon, les plantes génétiquement modifiées peuvent être produites plus facilement qu’il n’est possible en utilisant des cellules / plantes intactes.

Les plantes d’espèces lointaines apparentées ou non apparentées sont incapables de se reproduire sexuellement comme leurs génomes / modes de reproduction, etc. sont incompatibles. Les protoplastes d’espèces non apparentées peuvent être fusionnés pour produire des plantes combinant des caractéristiques souhaitables telles que la résistance aux maladies, une bonne saveur et une tolérance au froid. La fusion est réalisée par application d’un courant électrique ou par traitement avec des produits chimiques tels que le polyéthylène Glycol (PEG). Les produits de fusion peuvent être sélectionnés sur des supports contenant des antibiotiques ou des herbicides. Ceux-ci peuvent ensuite être induits pour former des pousses et des racines et des plantes hybrides peuvent être testées pour les caractéristiques souhaitables.