阿納斯塔西婭·博德納說，當第一批轉基因 (GM) 生物被開發用於農業時，“我們被承諾會有火箭噴氣揹包”——即具有未來感的、營養豐富的作物，它們將把異國情調的農產品帶到超市，並幫助養活飢餓的世界。
然而，她說，到目前為止，這項技術的大部分好處都惠及了農業綜合企業——幾乎總是透過改造作物使其能夠抵抗除草化學物質或抵抗害蟲。這使得農民能夠提高產量，並減少農藥噴灑量。
博德納說，充其量，這些進步對普通消費者來說幾乎是不可見的。她是生物技術公司 Biology Fortified 的生物技術專家，該組織是威斯康星州米德爾頓的一個非營利性轉基因生物倡導組織。而往壞處說，它們助長了轉基因反對者的憤怒，他們說轉基因作物將權力和利潤集中在少數大公司手中，並且是科學家不顧危險、干預自然的典型例子。
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但這種情況可能很快就會改變，這要歸功於新一代轉基因作物，它們現在正從實驗室走向市場。其中一些作物將解決新的問題，從防止變色的蘋果到“黃金大米”和富含營養物質的亮橙色香蕉，以改善最貧困地區人們的飲食。
其他下一代作物將使用先進的基因操作技術建立，這些技術可以對植物自身的基因組進行高精度編輯。這種方法可以減少用來自其他物種的基因改造商業作物的需求——這是最讓轉基因批評者不安的做法之一。反過來，這可能會減少公眾對轉基因食品的不安。
或許不會。無論這些作物在實驗室中表現出何種前景，它們仍然必須在費力、昂貴和詳細的田間試驗中證明其益處；跨越多個監管障礙；並讓經常持懷疑態度的公眾放心。華盛頓大學西雅圖分校研究新技術政治和社會方面的菲利普·貝雷亞諾說，最後一部分將不容易。他指出，關於轉基因生物的爭論範圍很廣，從對安全和標籤的擔憂到生命專利的倫理問題。“人們關心他們給孩子喂的是什麼，”他說，“這種情況不會改變。”
儘管如此，大多數轉基因生物研究人員似乎相信該技術最糟糕的問題已經過去，並且其未來是光明的。博德納說，如果你正在尋找轉基因生物的噴氣揹包時代，“它正在發生。”
第一波轉基因作物主要面向農民銷售，目的是使他們的工作更輕鬆、更高效、更有利可圖。例如，1996 年，密蘇里州聖路易斯的生物技術公司孟山都推出了其首款廣受歡迎的“抗農達”產品：一種大豆，配備了一種細菌基因，使其能夠耐受孟山都製造的稱為農達的草甘膦除草劑。這意味著農民可以使用一種除草劑而不是幾種除草劑來殺死大部分雜草，而不會損害作物。其他轉基因作物也很快問世，包括孟山都的 Bt 棉花：一種經過改造的植物，可產生一種細菌毒素，從而抑制破壞性的棉鈴蟲，並減少對農藥的需求。
農民將繼續成為下一代轉基因生物的核心市場。例如，在英國哈彭登的羅森斯泰德研究中心，科學家們正在研究轉基因植物，這些植物需要的農藥比轉基因棉花還要少，甚至可能根本不需要。關鍵是一種“警報資訊素”，一些野生植物物種進化出這種資訊素，以模仿蚜蟲（溫帶地區主要的農作物害蟲）在受到攻擊時發出的化學警告訊號。將這種防禦基因放入小麥中，創造出一種可以欺騙昆蟲，讓它們以為自己處於危險之中並將其驅趕走的作物。與轉基因棉花和其他現有的轉基因生物不同，這種作物不需要任何殺蟲化學物質來保護自己免受害蟲侵害。
羅森斯泰德中心主任兼執行長莫里斯·莫洛尼說，目前正在進行田間試驗。“在溫室裡，它非常成功，”他說。“如果我們可以讓它在田間發揮作用，我們將能夠對其進行最佳化，使其成為一種適合大規模部署的強大性狀。”莫洛尼說，從那裡開始，該團隊希望擴大其努力，尋找其他作物中自然進化的保護和威懾措施，並研究如何增強或改造這些措施以對抗特定的害蟲。“例如，你可以使用一種揮發性化學物質，它也可以威懾毛毛蟲、莖螟蟲等，”莫洛尼說。“如果我們可以讓它發揮作用，那麼它的應用範圍可能是驚人的。”
當地的擔憂
許多轉基因生物研究人員正在推動對大型農業公司有時會忽視的作物進行研究。例如，在蘇黎世瑞士聯邦理工學院的植物生物技術小組中，Herve Vanderschuren 領導一個團隊研究木薯 (Manihot esculenta)，這是一種熱帶灌木，其塊莖是發展中國家的主食。“對這種作物的育種或改良沒有重大投資，”他說。
Vanderschuren 和他的團隊正在對木薯進行基因工程改造，使其能夠抵抗兩種特別有害的病毒，首先使用一種天然抗木薯花葉病毒的品種，然後插入賦予抗木薯褐條紋病毒的基因。天然抗性菌株已經根據當地的需求和市場進行了定製。Vanderschuren 說，這種當地適應性是“我們在這裡進行的非常重要的研究的一部分”——而這是希望在全球範圍內銷售產品的巨型農業企業很少接受的東西。Vanderschuren 和他的團隊已經成功地培育出了這些植物，現在正在與非洲的同事合作安排測試，以確認木薯可以在田間種植。
在發展中國家，許多關於農作物的工作都集中在營養強化方面。這項工作最著名的例子是黃金大米，一種經過改良的、世界一半人口的主食。其獨特的黃色來自新增的 β-胡蘿蔔素，它是許多東亞飲食中缺乏的維生素 A 的前體。經過許多艱苦的開發和來自轉基因生物反對者的許多反對意見之後——最初版本的黃金大米於 2000 年宣佈——該作物目前正在菲律賓進行田間試驗（參見 I. Potrykus Nature466, 561; 2010）。它可能會清除最後的監管障礙，並在 2014 年到達農民手中。
其他人也紛紛效仿。例如，澳大利亞布里斯班昆士蘭科技大學熱帶作物和生物商品中心主任詹姆斯·戴爾正試圖為香蕉配備對巴拿馬病（一種可能摧毀農作物的真菌枯萎病）的抵抗力，以及增加的 β-胡蘿蔔素和其他一系列營養物質，包括鐵。“在烏干達和整個非洲，微量營養素缺乏的程度確實非常高，”他解釋說，香蕉是飲食中的主食。在澳大利亞已經進行了田間試驗。
儘管大多數下一代轉基因生物的目標是農民，但有些轉基因生物的目標是鏈條中的下一步：工業食品加工商。例如，西弗吉尼亞州基爾尼市美國農業研究服務局阿巴拉契亞水果研究站的分子植物生物學家克里斯·達迪克解釋說，很難將李子加工成加工食品，因為去除其堅硬的木質核會在後面留下碎片。但是，從一個主要無核的、傳統育種的李子開始，達迪克和他的團隊正處於工程改造完全無核果實的早期階段。“我們最大的擔憂是這種東西將如何被行業和消費者接受。我們收到的大部分反饋都是非常積極的，”他說。
然後還有一些轉基因生物旨在直接吸引最終消費者。其中最早的產品之一將是北極蘋果，它在被切割或咬傷後不會迅速變褐。這要歸功於插入了其他蘋果品種的基因，這些基因產生的多酚氧化酶水平低於通常水平，多酚氧化酶是導致褐變的一系列生化事件中的關鍵酶。
“我和我的妻子自己就是蘋果種植者。我們很擔心，因為蘋果的消費量一直在下降，”加拿大不列顛哥倫比亞省薩默蘭的 Okanagan Specialty Fruits 公司總裁尼爾·卡特說，該公司是北極蘋果的開發者。卡特說，蘋果在超市中正輸給胡蘿蔔和其他以袋裝、清潔、切片和即食方式出售的新鮮農產品。製造能夠以這種方式加工而不會變褐的蘋果可能對該行業來說是一個真正的福音。卡特說，如果蘋果被廣泛接受，那麼北極鱷梨、梨甚至生菜可能會成為下一個。
先進技術
到目前為止，大部分基因改造工作都是透過相對粗糙但成熟的技術實現的，例如“基因槍”，它將塗有來自其他生物的 DNA 的金奈米顆粒射入目標植物的細胞中，這些細胞將 DNA 整合到基因組中的隨機位置。但新工具為編輯基因提供了無與倫比的精度。例如，稱為轉錄啟用樣效應因子核酸酶 (TALEN) 和鋅指核酸酶 (ZFN) 的酶可以在實驗者選擇的特定點切割 DNA。透過控制這種斷裂的修復方式，可以在精確的位置引入突變、單核苷酸變化甚至整個基因，明尼蘇達大學聖保羅分校研究此類技術的丹·沃伊塔斯說。“我們可以進行精確的插入，因此我們知道外源基因位於染色體的哪個位置。” 這使得研究人員可以將新基因放在基因組中表達最佳的位置，並減少以不良方式破壞植物基因組的風險。沃伊塔斯的團隊已經證明，可以用 ZFN 對菸草植物進行改造，以引入除草劑抗性。其他小組已經使用 ZFN 為玉米（玉米）增加了除草劑抗性，或者使用 TALEN 切除了水稻中賦予對細菌性枯萎病的易感性的基因。
但沃伊塔斯說，這些技術的“真正力量”在於能夠透過修改原生植物基因來賦予新性狀。例如，研究人員可以調整幫助植物在乾旱條件下生存的多種原生基因，而不是透過整合來自耐旱細菌的基因來改造植物以承受乾旱條件（參見 Nature466, 548–551; 2010）。沃伊塔斯說：“該技術發展的下一階段是深入研究並調整多個基因。”
德雷克·詹茨 (Derek Jantz) 是位於北卡羅來納州達勒姆市的生物技術公司 Precision BioSciences 的聯合創始人，他對研究植物自身的基因也感到興奮。例如，所有植物都具有與孟山都的抗農達作物中插入的細菌EPSPS基因類似的基因。透過編輯植物自身的版本，而不是引入外部基因，應該有可能創造類似的除草劑抗性。
與基因改造行業的其他研究人員一樣，詹茨由於商業機密原因，拒絕談論具體的科研專案。但總的來說，他說：“我們正在努力利用正在出現的豐富的“功能基因組學”資料。”
與眾不同
一些研究人員正在利用基因改造來加速傳統的育種技術。阿巴拉契亞水果研究站的植物科學家拉爾夫·斯科扎 (Ralph Scorza) 領導一個團隊，他們對李子樹進行了基因改造。改造後的樹木只能在溫室中存活。但由於插入了來自楊樹的基因，它們比傳統品種更早開始開花，並且之後會持續開花。這意味著研究人員可以全年對樹木進行育種，使用選擇、雜交和其他傳統技術，在短短幾年內培育出諸如抗病性之類的性狀，而不是傳統育種可能需要的十年或更長時間。當所需的性狀被培育出來後，驅動開花的轉基因可以被淘汰，留下經過改造但非轉基因的植物。斯科扎和他的同事正在使用這種“快速通道”育種策略，以努力產生對李痘病毒的抗性，並增加水果的糖含量。其他地方的研究人員正在將其應用於柑橘等作物。
美國監管機構已經表示，使用較新技術改造的、不含其他物種 DNA 的生物，將與傳統的轉基因生物區別對待。這或許也能緩解公眾的擔憂。加州大學河濱分校的分子遺傳學家艾倫·麥克休恩 (Alan McHughen) 說：“我們希望能夠克服至少一部分對基因改造的反對。”
此外，邦達指出，可能無法阻止轉基因生物的出現。她指出，現在的基因工程入門門檻相對較低。在車庫和空閒臥室裡進行細菌基因改造實驗的“生物駭客”已經存在，而且沒有什麼能阻止他們將來將技能應用於植物或動物。
“它正變得越來越容易。我認為人們渴望這種東西，”邦達說。“每個人都想要的噴氣揹包——我認為是時候出現了。如果市場沒有自上而下地提供這些，你可能會看到它自下而上地出現。”