第一代“黄金大米”2000年问世，使用了来自黄水仙的基因，其中胡萝卜素含量为每克大米约含1.6毫克，为淡黄色。第二代“黄金大米”于2005年问世，使用玉米中的对应基因培育出来，主要是通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中而获得，为金黄色。

    胡萝卜素是合成维生素A的材料，人体只能通过吸收胡萝卜素来合成维生素A，在普通大米里面，维生素A或者胡萝卜素的含量为零，通过自然杂交的途径无法让大米富含维生素。因为杂交需要一个母本里面拥有我们需要的性状，然而，直到现在农业学家们都没有找到任何一种含有维生素A或者胡萝卜素的水稻可以做为育种母本，因此采用了转基因的方法。

    胡萝卜素在植物体内的合成路线共包含6个元素：IPP/DMAPP异构酶，GGPP合成酶，八氢番茄红素合成酶，八氢番茄红素脱氢酶，ζ-胡萝卜素脱氢酶和番茄红素α-β-环化酶。由于水稻中本身具有IPP/DMAPP异构酶和GGPP合成酶，因此研究人员需要将后面四个转入水稻中。

    研究人员从黄水仙daffodils的花朵中获取了八氢番茄红素合成酶和番茄红素α-β-环化酶，这些元素具有调控花朵颜色的作用，又从土壤细菌欧欧文氏菌（E.Salicis）中获得了细菌胡萝卜脱氢酶，主要用于将八氢番茄红素转化为番茄红素。这样就产生了第一代黄金大米。
之后为了增加胡萝卜素的含量，研究人员发现黄水仙的八氢番茄红素合成酶不利于胡萝卜素的生成，因此采用了来自玉米的八氢番茄红素合成酶，培育出了第二代。

    在这些过程中，引入水稻的外来基因除了上述的合成胡萝卜素的基因以外，还有作为载体的agrobacterium tumefaciens（根癌农杆菌），农杆菌介导的遗传转化目前在植物转基因研究中应用广泛。