ในอดีต การคัดเลือกหรือการปรับปรุงพันธุ์พืชและพันธุ์สัตว์ เพื่อนำมาใช้ในการผลิตผลผลิตทางการเกษตรที่มีคุณภาพดี ใช้วิธีการสังเกตดูลักษณะต่างๆ ที่แสดงออกมาภายนอกของพืชและสัตว์เหล่านั้น และนำลักษณะที่ได้มาใช้เป็นลักษณะประจำพันธุ์ในการจำแนกพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด เพื่อนำมาใช้เพาะปลูกหรือเพาะเลี้ยง และการนำมาใช้ในกระบวนการปรับปรุงพันธุ์ แต่ลักษณะภายนอกที่ปรากฏเป็นผลมาจากการแสดงออกของยีนภายใน และยังเกิดจากผลกระทบของสภาพแวดล้อมที่พืชและสัตว์เจริญเติบโตในช่วงเวลานั้น ในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน ลักษณะที่แสดงออกของพืชหรือสัตว์ที่เป็นพันธุ์เดียวกันนั้นอาจแตกต่างกันได้ ในขณะเดียวกัน พืชหรือสัตว์ที่คิดว่าเป็นพันธุ์เดียวกันจากการดูลักษณะภายนอกก็อาจเป็นผลมาจากสภาพแวดล้อมทั้งๆ ที่ไม่ได้เป็นพันธุ์เดียวกัน ดังนั้น การใช้ลักษณะภายนอกที่ปรากฏจึงไม่เพียงพอต่อการนำมาใช้จำแนก หรือระบุสายพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตให้ถูกต้องแม่นยำได้

          จึงได้มีการนำเครื่องหมายดีเอ็นเอชนิด ต่างๆ มาใช้ เพื่อหาความแตกต่างในสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด โดยใช้ความแตกต่างของรหัสทางพันธุกรรมที่มีความจำเพาะในสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด ผลที่ได้จากการนำเครื่องหมาย ดีเอ็นเอมาใช้คือ ทำให้สามารถเห็นความแตกต่างของแถบดีเอ็นเอที่มีปริมาณและการวางตัวที่แตกต่างกันในสิ่งมีชีวิตที่ต่างชนิดและต่างพันธุ์กัน รวมทั้งเห็นความแตกต่างของตำแหน่งเข้าเกาะระหว่างเครื่องหมายดีเอ็นเอกับสายดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตที่ทำการตรวจสอบ นอกจากนี้ยังเห็นข้อมูลของรูปแบบลักษณะแถบดีเอ็นเอที่มีความจำเพาะในสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดที่จะนำมาใช้เป็น เอกลักษณ์ทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตนั้นๆ ในด้านการเกษตรได้มีการนำเอาเครื่องหมายดีเอ็นเอมาใช้ในการระบุลักษณะของเอกลักษณ์ทางพันธุกรรมของพืชและสัตว์หลากหลายชนิด เพื่อนำมาเป็นฐานข้อมูลสำคัญประจำพันธุ์สำหรับใช้เป็นข้อมูลในโครงการปรับปรุงพันธุ์ต่างๆ รวมถึงการนำมาเพื่อจดทะเบียนพันธุ์ในพืชและสัตว์ โดยนำเอาข้อมูลในระดับดีเอ็นเอมาใช้ร่วมกับการตรวจสอบลักษณะที่ปรากฏภายนอก ในปัจจุบันได้ทำเอกลักษณ์ทางพันธุกรรมในพืชและสัตว์หลายชนิด เช่น ข้าว ข้าวโพด ถั่วเหลือง ไม้ยืนต้น โค กระบือ สุกร และในสัตว์น้ำ เพื่อนำข้อมูลที่ได้มาใช้ประโยชน์ในงานด้านต่างๆ

           การเก็บรักษาพันธุ์หรือสายพันธุ์พืชและสัตว์ให้คงลักษณะเดิม มีความสำคัญต่อการนำมาใช้เพาะปลูกหรือเพาะเลี้ยงในฤดูกาลต่อไป หรือเก็บไว้ใช้ในกระบวนการปรับปรุงพันธุ์เพื่อให้ได้พืชหรือสัตว์ที่มีคุณลักษณะที่ดียิ่งขึ้น การเก็บรักษาพันธุ์หรือเชื้อพันธุ์ตามปกติมักมีปัญหาการคงความมีชีวิตที่ลดลง และใช้พื้นที่ในการจัดเก็บมาก จึงได้นำวิธีการเก็บรักษาพันธุ์พืชและสัตว์ในหลอดทดลองในสภาวะเยือกแข็งมาใช้เพื่อลดข้อจำกัดของวิธีการเก็บรักษาพันธุ์แบบเดิม ทำให้สามารถคงความมีชีวิตนานและเก็บรักษาได้ในหลายชนิดของเนื้อเยื่อ ไม่ว่าจะเป็นเมล็ด ยอด ราก แคลลัส หรือแม้แต่เซลล์สืบพันธุ์ และเซลล์ของไข่ที่ได้รับการผสมแล้วในสัตว์ จึงทำให้เก็บรักษาพันธุ์ของพืชและสัตว์ไว้ได้เป็นเวลานาน เป็นประโยชน์ต่อการพัฒนางานด้านการเกษตรต่อไปในอนาคต

            การขยายพันธุ์และการคัดเลือกพันธุ์พืช แต่เดิมใช้วิธีปลูกพืชจำนวนมาก แล้วคัดเลือกเอาเฉพาะต้นที่มีลักษณะดีตามต้องการ ทำการเก็บเมล็ดหรือท่อนพันธุ์ไว้เพื่อนำมาใช้ในการขยายพันธุ์ในฤดูกาลถัดไป แต่มีข้อจำกัดหลายประการ คือ ต้องใช้พื้นที่ขนาดใหญ่ในการปลูกเพื่อการคัดเลือกและการขยายพันธุ์ ได้รับอิทธิพลจากสภาพแวดล้อมสูงซึ่งยากต่อการคัดเลือกพืชที่มีลักษณะทางพันธุกรรมตามจริง รวมทั้งต้องใช้แรงงานจำนวนมากในการปฏิบัติงาน ในส่วนของพันธุ์ก็ยากต่อการได้ต้นพืชที่คงลักษณะทางพันธุกรรมเช่นเดิมได้ เมื่อผ่านการเพาะปลูกในหลายๆรุ่น อาจเกิดจากการผสมข้ามพันธุ์หรือเกิดจากการกลายพันธุ์ได้

           การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชจึงได้นำมาใช้ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในกระบวนการคัดเลือก และขยายพันธุ์พืช เพราะสามารถควบคุมสภาพแวดล้อมต่างๆ ที่พืชใช้ในการเจริญเติบโตได้ ต้นพืชที่ได้จากการเพาะเลี้ยงจึงมีลักษณะตรงตามลักษณะทางพันธุกรรม สามารถใช้เพิ่มจำนวนต้นพืชให้ได้ปริมาณมาก โดยทุกต้นมีลักษณะเหมือนกับพืชต้นแบบทุกประการ นอกจากนี้ การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชยังได้นำมาใช้เพื่อการสร้างพืชที่มีลักษณะทางพันธุกรรมใหม่ๆ โดยการปรับสภาพการเพาะเลี้ยงให้แตกต่างไปจากเดิม หรือเติมสารบางชนิดในอาหารเพาะเลี้ยง เพื่อการคัดเลือกต้นพืชที่สามารถตอบสนองต่อสารหรือสภาพการเพาะเลี้ยงที่ใช้ เช่น การสร้างพืชทนดินเค็ม และการสร้างพืชทนต่อสารกำจัดวัชพืช ทั้งยังช่วยประหยัดพื้นที่ เวลา และแรงงานที่นำมาใช้ในการคัดเลือกและการขยายพันธุ์

          ในประเทศไทย การขยายพันธุ์ และการคัดเลือกพันธุ์พืชโดยใช้เทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อได้นำมาใช้ในธุรกิจการผลิตกล้าไม้ต่างๆ เช่น กล้วยไม้ ต้นสัก ต้นยูคาลิปตัส ไม้ป่า และไม้ยืนต้นอื่นๆ

          เครื่องหมายดีเอ็นเอจึงเป็นวิธีการทางเทคโนโลยีชีวภาพอย่างหนึ่งที่ได้นำมาใช้คัดเลือกพืชหรือสัตว์เพื่อที่จะนำมาเพาะปลูกเพาะเลี้ยง หรือนำมาใช้เป็นพ่อแม่พันธุ์ โดยอาศัยคุณสมบัติของเครื่องหมายดีเอ็นเอที่สามารถตรวจสอบได้ในทุกระยะการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิต ทำให้สามารถคัดแยกพืชหรือสัตว์ที่มีลักษณะทางพันธุกรรมที่ต้องการได้ขณะที่เพิ่งเริ่มเจริญเติบโต จึงมีส่วนช่วยลดแรงงาน ค่าต้นทุน และพื้นที่ในการเพาะปลูกหรือเพาะเลี้ยง เช่น ในสุกร มีลักษณะพันธุกรรมฮาโลเทนบวก (halothane positive) ที่ส่งผลต่อคุณภาพของเนื้อสุกร ทำให้เนื้อมีคุณภาพไม่ดี จึงได้นำเครื่องหมายดีเอ็นเอมาใช้เพื่อคัดแยกสุกรที่มีลักษณะพันธุกรรมฮาโลเทนบวกออกจากสุกรปกติ ช่วยให้ประหยัดเวลา ลดต้นทุนใน การผลิต และสามารถผลิตสุกรที่มีคุณภาพเนื้อที่ดีได้

           การปรับปรุงพันธุ์พืชและสัตว์ในอดีตใช้วิธีผสมพันธุ์ระหว่างพันธุ์พ่อกับพันธุ์แม่ที่มีลักษณะที่ต้องการ แล้วทำการคัดเลือกจนได้ลูกที่มีลักษณะดีที่ได้จากทั้งแม่และพ่อ แต่ปัญหาสำคัญของการปรับปรุงพันธุ์ด้วยวิธีผสมพันธุ์คือ ใช้ระยะเวลานานกว่าจะได้พืช หรือสัตว์ที่มีลักษณะตามต้องการและสามารถ ทำได้เฉพาะสิ่งมีชีวิตที่เป็นสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกัน หรือใกล้เคียงกันเท่านั้น ขณะที่ลักษณะต่างๆ ที่ต้องการอาจมีอยู่ในสิ่งมีชีวิตอื่นที่ไม่สามารถนำมาผสมกับสิ่งมีชีวิตที่ต้องการได้ วิธีการด้านเทคโนโลยีชีวภาพจึงนำมาใช้เพื่อลดข้อจำกัดเหล่านั้น

          ในพืชมีการนำเอาเทคนิคการผสมเซลล์มาใช้ โดยนำเอาเซลล์ที่ไร้ผนัง ๒ เซลล์ มารวมกันโดยการกระตุ้นด้วยกระแสไฟฟ้า หรือการใช้สารเคมีพวก polyethylene glycol ซึ่งสามารถทำได้ แม้ว่าเซลล์ทั้ง ๒ เซลล์จะมาจากพืชต่างพันธุ์หรือต่างชนิดกัน ทำให้เกิดการสร้างสายพันธุ์ใหม่จากการรวมสารพันธุกรรมของพืช ๒ พันธุ์เข้าด้วยกัน ก่อนนำไปพัฒนาให้เป็นต้นพืชใหม่ต่อไป การรวมเซลล์ไร้ผนังเพื่อสร้างพืชพันธุ์ใหม่นิยมทำในพืชหลายชนิด เช่น กล้วยไม้ ยาสูบ

          วิธีการทางพันธุศาสตร์โมเลกุลและพันธุวิศวกรรมได้นำมาใช้เพื่อหายีนควบคุม ลักษณะที่สนใจที่ได้จากการทำแผนที่ทางพันธุกรรมในสิ่งมีชีวิตต่างๆก่อนนำมาส่งถ่ายเข้าสู่พืชหรือสัตว์ ทำให้เกิดการแสดงออกในลักษณะทางพันธุกรรมที่ควบคุมโดยยีน ที่ทำการส่งถ่ายเข้าไป ซึ่งมีขั้นตอนมากมาย ตั้งแต่การค้นหายีน การแยกยีน การเพิ่มปริมาณยีน และการต่อเชื่อมยีนที่ใช้ในการตรวจสอบ เพื่อใช้คัดเลือกเนื้อเยื่อที่ได้รับยีน การสร้างเนื้อเยื่อเพื่อใช้เป็นเนื้อเยื่อเป้าหมายในระบบการส่งถ่ายยีน และการนำเอาวิธีการส่งถ่ายยีนวิธีการต่างๆ มาใช้ การแปลงพันธุกรรมโดยใช้วิธีการส่งถ่ายยีน ส่วนใหญ่ทำกันมากในกลุ่มของพืชไร่มากกว่าในพืชกลุ่มอื่น หรือในสัตว์ พืชที่ได้รับการเปลี่ยนแปลงพันธุกรรมที่สำคัญ ได้แก่ ข้าวโพดและถั่วเหลืองที่ต้านทานต่อสารกำจัดวัชพืช ข้าวที่ต้านทานต่อโรคใบไหม้ และฝ้ายที่ต้านทานต่อการเข้าทำลายของหนอนเจาะสมอฝ้าย ในปัจจุบันมีพันธุ์พืชหลากหลายพันธุ์ที่กำลังมีการตัดต่อยีนกันอยู่ในห้องปฏิบัติการทางเทคโนโลยีชีวภาพทั่วโลก ขณะที่มีพันธุ์พืชดัดแปลงพันธุกรรมนับพันชนิดอยู่ในขั้นตอน การทดสอบภาคสนาม โดยส่วนใหญ่อยู่ในประเทศสหรัฐอเมริกา และจำนวนนับ ๑๐ ชนิดที่ผ่านการทดสอบภาคสนามขั้นตอนสุดท้าย จนกระทั่งได้รับการจดทะเบียนการค้าเรียบร้อยแล้ว

          วิทยาการด้านเทคโนโลยีชีวภาพ จึงเป็นวิธีการสำคัญวิธีหนึ่งที่เข้ามามีบทบาทในการพัฒนาศักยภาพของงานด้านการเกษตรทั้งในด้านการปรับปรุงปริมาณและคุณภาพของผลิตผลทางการเกษตรให้ได้ตรงตามความต้องการ นอกจากนี้ยังมีส่วนช่วยในกระบวนการตรวจสอบความสัมพันธ์ การจำแนก การยืนยันสายพันธุ์พืชและสัตว์ รวมทั้งการนำมาใช้ในกระบวนการผลิตและการค้าของผลิตผลทางการเกษตร ทั้งในส่วนของการตรวจสอบการปลอมปนและการใช้สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมในผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร ซึ่งส่งผลต่อการค้าและการส่งออก ฉะนั้นการศึกษาและการพัฒนาความรู้ทางด้านเทคโนโลยีชีวภาพให้เข้าใจอย่างถ่องแท้ และนำมาประยุกต์ใช้ในด้านการเกษตรอย่างมีประสิทธิภาพ ย่อมส่งผลต่อการพัฒนาคุณภาพชีวิตของประชากร รวมถึงการสร้างระบบเศรษฐกิจที่มั่นคงของประเทศ

           ดูเพิ่มเติมเรื่อง เทคโนโลยีชีวภาพ เล่ม ๑๔ และการปฏิวัติทางพันธุกรรม เล่ม ๒๗