阿纳斯塔西娅·博德纳说，当第一批转基因 (GM) 生物被开发用于农业时，“我们被承诺会有火箭喷气背包”——即具有未来感的、营养丰富的作物，它们将把异国情调的农产品带到超市，并帮助养活饥饿的世界。
然而，她说，到目前为止，这项技术的大部分好处都惠及了农业综合企业——几乎总是通过改造作物使其能够抵抗除草化学物质或抵抗害虫。这使得农民能够提高产量，并减少农药喷洒量。
博德纳说，充其量，这些进步对普通消费者来说几乎是不可见的。她是生物技术公司 Biology Fortified 的生物技术专家，该组织是威斯康星州米德尔顿的一个非营利性转基因生物倡导组织。而往坏处说，它们助长了转基因反对者的愤怒，他们说转基因作物将权力和利润集中在少数大公司手中，并且是科学家不顾危险、干预自然的典型例子。
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但这种情况可能很快就会改变，这要归功于新一代转基因作物，它们现在正从实验室走向市场。其中一些作物将解决新的问题，从防止变色的苹果到“黄金大米”和富含营养物质的亮橙色香蕉，以改善最贫困地区人们的饮食。
其他下一代作物将使用先进的基因操作技术创建，这些技术可以对植物自身的基因组进行高精度编辑。这种方法可以减少用来自其他物种的基因改造商业作物的需求——这是最让转基因批评者不安的做法之一。反过来，这可能会减少公众对转基因食品的不安。
或许不会。无论这些作物在实验室中表现出何种前景，它们仍然必须在费力、昂贵和详细的田间试验中证明其益处；跨越多个监管障碍；并让经常持怀疑态度的公众放心。华盛顿大学西雅图分校研究新技术政治和社会方面的菲利普·贝雷亚诺说，最后一部分将不容易。他指出，关于转基因生物的争论范围很广，从对安全和标签的担忧到生命专利的伦理问题。“人们关心他们给孩子喂的是什么，”他说，“这种情况不会改变。”
尽管如此，大多数转基因生物研究人员似乎相信该技术最糟糕的问题已经过去，并且其未来是光明的。博德纳说，如果你正在寻找转基因生物的喷气背包时代，“它正在发生。”
第一波转基因作物主要面向农民销售，目的是使他们的工作更轻松、更高效、更有利可图。例如，1996 年，密苏里州圣路易斯的生物技术公司孟山都推出了其首款广受欢迎的“抗农达”产品：一种大豆，配备了一种细菌基因，使其能够耐受孟山都制造的称为农达的草甘膦除草剂。这意味着农民可以使用一种除草剂而不是几种除草剂来杀死大部分杂草，而不会损害作物。其他转基因作物也很快问世，包括孟山都的 Bt 棉花：一种经过改造的植物，可产生一种细菌毒素，从而抑制破坏性的棉铃虫，并减少对农药的需求。
农民将继续成为下一代转基因生物的核心市场。例如，在英国哈彭登的罗森斯泰德研究中心，科学家们正在研究转基因植物，这些植物需要的农药比转基因棉花还要少，甚至可能根本不需要。关键是一种“警报信息素”，一些野生植物物种进化出这种信息素，以模仿蚜虫（温带地区主要的农作物害虫）在受到攻击时发出的化学警告信号。将这种防御基因放入小麦中，创造出一种可以欺骗昆虫，让它们以为自己处于危险之中并将其驱赶走的作物。与转基因棉花和其他现有的转基因生物不同，这种作物不需要任何杀虫化学物质来保护自己免受害虫侵害。
罗森斯泰德中心主任兼首席执行官莫里斯·莫洛尼说，目前正在进行田间试验。“在温室里，它非常成功，”他说。“如果我们可以让它在田间发挥作用，我们将能够对其进行优化，使其成为一种适合大规模部署的强大性状。”莫洛尼说，从那里开始，该团队希望扩大其努力，寻找其他作物中自然进化的保护和威慑措施，并研究如何增强或改造这些措施以对抗特定的害虫。“例如，你可以使用一种挥发性化学物质，它也可以威慑毛毛虫、茎螟虫等，”莫洛尼说。“如果我们可以让它发挥作用，那么它的应用范围可能是惊人的。”
当地的担忧
许多转基因生物研究人员正在推动对大型农业公司有时会忽视的作物进行研究。例如，在苏黎世瑞士联邦理工学院的植物生物技术小组中，Herve Vanderschuren 领导一个团队研究木薯 (Manihot esculenta)，这是一种热带灌木，其块茎是发展中国家的主食。“对这种作物的育种或改良没有重大投资，”他说。
Vanderschuren 和他的团队正在对木薯进行基因工程改造，使其能够抵抗两种特别有害的病毒，首先使用一种天然抗木薯花叶病毒的品种，然后插入赋予抗木薯褐条纹病毒的基因。天然抗性菌株已经根据当地的需求和市场进行了定制。Vanderschuren 说，这种当地适应性是“我们在这里进行的非常重要的研究的一部分”——而这是希望在全球范围内销售产品的巨型农业企业很少接受的东西。Vanderschuren 和他的团队已经成功地培育出了这些植物，现在正在与非洲的同事合作安排测试，以确认木薯可以在田间种植。
在发展中国家，许多关于农作物的工作都集中在营养强化方面。这项工作最著名的例子是黄金大米，一种经过改良的、世界一半人口的主食。其独特的黄色来自添加的 β-胡萝卜素，它是许多东亚饮食中缺乏的维生素 A 的前体。经过许多艰苦的开发和来自转基因生物反对者的许多反对意见之后——最初版本的黄金大米于 2000 年宣布——该作物目前正在菲律宾进行田间试验（参见 I. Potrykus Nature466, 561; 2010）。它可能会清除最后的监管障碍，并在 2014 年到达农民手中。
其他人也纷纷效仿。例如，澳大利亚布里斯班昆士兰科技大学热带作物和生物商品中心主任詹姆斯·戴尔正试图为香蕉配备对巴拿马病（一种可能摧毁农作物的真菌枯萎病）的抵抗力，以及增加的 β-胡萝卜素和其他一系列营养物质，包括铁。“在乌干达和整个非洲，微量营养素缺乏的程度确实非常高，”他解释说，香蕉是饮食中的主食。在澳大利亚已经进行了田间试验。
尽管大多数下一代转基因生物的目标是农民，但有些转基因生物的目标是链条中的下一步：工业食品加工商。例如，西弗吉尼亚州基尔尼市美国农业研究服务局阿巴拉契亚水果研究站的分子植物生物学家克里斯·达迪克解释说，很难将李子加工成加工食品，因为去除其坚硬的木质核会在后面留下碎片。但是，从一个主要无核的、传统育种的李子开始，达迪克和他的团队正处于工程改造完全无核果实的早期阶段。“我们最大的担忧是这种东西将如何被行业和消费者接受。我们收到的大部分反馈都是非常积极的，”他说。
然后还有一些转基因生物旨在直接吸引最终消费者。其中最早的产品之一将是北极苹果，它在被切割或咬伤后不会迅速变褐。这要归功于插入了其他苹果品种的基因，这些基因产生的多酚氧化酶水平低于通常水平，多酚氧化酶是导致褐变的一系列生化事件中的关键酶。
“我和我的妻子自己就是苹果种植者。我们很担心，因为苹果的消费量一直在下降，”加拿大不列颠哥伦比亚省萨默兰的 Okanagan Specialty Fruits 公司总裁尼尔·卡特说，该公司是北极苹果的开发者。卡特说，苹果在超市中正输给胡萝卜和其他以袋装、清洁、切片和即食方式出售的新鲜农产品。制造能够以这种方式加工而不会变褐的苹果可能对该行业来说是一个真正的福音。卡特说，如果苹果被广泛接受，那么北极鳄梨、梨甚至生菜可能会成为下一个。
先进技术
到目前为止，大部分基因改造工作都是通过相对粗糙但成熟的技术实现的，例如“基因枪”，它将涂有来自其他生物的 DNA 的金纳米颗粒射入目标植物的细胞中，这些细胞将 DNA 整合到基因组中的随机位置。但新工具为编辑基因提供了无与伦比的精度。例如，称为转录激活样效应因子核酸酶 (TALEN) 和锌指核酸酶 (ZFN) 的酶可以在实验者选择的特定点切割 DNA。通过控制这种断裂的修复方式，可以在精确的位置引入突变、单核苷酸变化甚至整个基因，明尼苏达大学圣保罗分校研究此类技术的丹·沃伊塔斯说。“我们可以进行精确的插入，因此我们知道外源基因位于染色体的哪个位置。” 这使得研究人员可以将新基因放在基因组中表达最佳的位置，并减少以不良方式破坏植物基因组的风险。沃伊塔斯的团队已经证明，可以用 ZFN 对烟草植物进行改造，以引入除草剂抗性。其他小组已经使用 ZFN 为玉米（玉米）增加了除草剂抗性，或者使用 TALEN 切除了水稻中赋予对细菌性枯萎病的易感性的基因。
但沃伊塔斯说，这些技术的“真正力量”在于能够通过修改原生植物基因来赋予新性状。例如，研究人员可以调整帮助植物在干旱条件下生存的多种原生基因，而不是通过整合来自耐旱细菌的基因来改造植物以承受干旱条件（参见 Nature466, 548–551; 2010）。沃伊塔斯说：“该技术发展的下一阶段是深入研究并调整多个基因。”
德雷克·詹茨 (Derek Jantz) 是位于北卡罗来纳州达勒姆市的生物技术公司 Precision BioSciences 的联合创始人，他对研究植物自身的基因也感到兴奋。例如，所有植物都具有与孟山都的抗农达作物中插入的细菌EPSPS基因类似的基因。通过编辑植物自身的版本，而不是引入外部基因，应该有可能创造类似的除草剂抗性。
与基因改造行业的其他研究人员一样，詹茨由于商业机密原因，拒绝谈论具体的科研项目。但总的来说，他说：“我们正在努力利用正在出现的丰富的“功能基因组学”数据。”
与众不同
一些研究人员正在利用基因改造来加速传统的育种技术。阿巴拉契亚水果研究站的植物科学家拉尔夫·斯科扎 (Ralph Scorza) 领导一个团队，他们对李子树进行了基因改造。改造后的树木只能在温室中存活。但由于插入了来自杨树的基因，它们比传统品种更早开始开花，并且之后会持续开花。这意味着研究人员可以全年对树木进行育种，使用选择、杂交和其他传统技术，在短短几年内培育出诸如抗病性之类的性状，而不是传统育种可能需要的十年或更长时间。当所需的性状被培育出来后，驱动开花的转基因可以被淘汰，留下经过改造但非转基因的植物。斯科扎和他的同事正在使用这种“快速通道”育种策略，以努力产生对李痘病毒的抗性，并增加水果的糖含量。其他地方的研究人员正在将其应用于柑橘等作物。
美国监管机构已经表示，使用较新技术改造的、不含其他物种 DNA 的生物，将与传统的转基因生物区别对待。这或许也能缓解公众的担忧。加州大学河滨分校的分子遗传学家艾伦·麦克休恩 (Alan McHughen) 说：“我们希望能够克服至少一部分对基因改造的反对。”
此外，邦达指出，可能无法阻止转基因生物的出现。她指出，现在的基因工程入门门槛相对较低。在车库和空闲卧室里进行细菌基因改造实验的“生物黑客”已经存在，而且没有什么能阻止他们将来将技能应用于植物或动物。
“它正变得越来越容易。我认为人们渴望这种东西，”邦达说。“每个人都想要的喷气背包——我认为是时候出现了。如果市场没有自上而下地提供这些，你可能会看到它自下而上地出现。”