I protoplasti sono cellule che hanno avuto la loro parete cellulare rimossa, di solito per digestione con enzimi. Gli enzimi della cellulasi digeriscono la cellulosa nelle pareti delle cellule vegetali mentre gli enzimi della pectinasi ripartiscono le cellule della tenuta della pectina insieme. Una volta che la parete cellulare è stata rimossa, il protoplasto risultante è di forma sferica.

La digestione viene solitamente effettuata dopo l’incubazione in un osmotico (una soluzione di concentrazione superiore al contenuto cellulare che provoca la plasmolisi delle cellule). Questo rende le pareti cellulari più facili da digerire. I detriti vengono filtrati e / o centrifugati dalla sospensione e i protoplasti vengono quindi centrifugati per formare un pellet. Sulla risospensione i protoplasti possono essere coltivati sui mezzi che inducono la divisione e la differenziazione delle cellule. Un gran numero di piante può essere rigenerato da un singolo esperimento – un grammo di tessuto di foglie di patata può produrre più di un milione di protoplasti, per esempio.

I protoplasti possono essere isolati da una gamma di tessuti vegetali: foglie, steli, radici, fiori, antere e persino polline. L’isolamento e i mezzi di coltura utilizzati variano con la specie e con il tessuto da cui sono stati isolati i protoplasti. I protoplasti sono utilizzati in diversi modi per la ricerca e per il miglioramento delle piante. Possono essere trattati in vari modi (elettroporazione, incubazione con batteri, shock termico, trattamento ad alto pH) per indurli a prendere il DNA. I protoplasti possono quindi essere coltivati e le piante rigenerate. In questo modo le piante geneticamente modificate possono essere prodotte più facilmente di quanto sia possibile utilizzando cellule/piante intatte.

Le piante provenienti da specie lontane o non correlate non sono in grado di riprodursi sessualmente come i loro genomi / modalità di riproduzione ecc. sono incompatibili. I protoplasti di specie non correlate possono essere fusi per produrre piante che combinano caratteristiche desiderabili come resistenza alle malattie, buon sapore e tolleranza al freddo. La fusione viene effettuata mediante applicazione di una corrente elettrica o mediante trattamento con sostanze chimiche come il polietilenglicole (PEG). I prodotti di fusione possono essere selezionati per su supporti contenenti antibiotici o erbicidi. Questi possono quindi essere indotti a formare germogli e radici e le piante ibride possono essere testate per caratteristiche desiderabili.