体外重组DNA分子，并在原核或真核细胞中增殖和表达的技术。也称基因工程。

重组DNA技术来源于两个方面的基础理论研究，即核酸内切限制酶（简称限制酶）和基因载体（简称载体）。限制酶的研究可以追溯到1952年美国分子遗传学家卢里亚（S.E.Luria）在大肠杆菌中所发现的一种所谓限制现象，是由于细菌细胞中具有专一性的核酸内切限制酶的缘故。重组DNA技术中所用的载体主要是质粒和温和噬菌体两类，而在实际应用中的载体几乎都是经过改造的质粒或温和噬菌体。到20世纪70年代初，生物化学研究的进展也为重组DNA技术奠定了基础。1972年美国的分子生物学家伯格（P.Berg）等将动物病毒SV40的DNA与噬菌体P22的DNA连接在一起，构成了第一批重组DNA分子。1973年美国的分子生物学家科恩（N.Cohen）又将几种不同的外源DNA插入质粒pSC 101中，并进一步将它们引入大肠杆菌中，从而开创了遗传工程的研究。

重组DNA技术一般包括4步：①产生DNA片段；②DNA片段与载体DNA分子相连接；③将重组DNA分子导入宿主细胞；④选出含有所需要的重组DNA分子的宿主细胞。在具体工作中选择哪条技术路线，主要取决于基因的来源，基因本身的性质和该项遗传工程的目的（见图）。

重组DNA技术的基本技术路线（箭头表示常采取的技术路线）

主要的方法有：①利用限制酶取得具有粘性末端或平整末端的DNA片段；②用机械方法剪切取得具有平整末端的DNA片段，例如用超声波断裂双链DNA分子；③经反向转录酶的作用从mRNA获得与mRNA顺序互补的DNA单链，然后再复制形成双链DNA（cDNA）。例如人的胰岛素和血红蛋白的结构基因都用这方法获得；④用化学方法合成DNA片段。从蛋白质肽链的氨基酸顺序可以知道它的遗传密码，依照这个密码用化学方法人工合成基因。

DNA片段和载体相连接的方法主要有四种：①粘性末端连接。每一种核酸内切限制酶作用于DNA分子上的特定识别顺序，许多酶作用的结果产生具有粘性末端的两个DNA片段；把所要克隆的DNA和载体DNA用同一种限制酶处理后，再经DNA连接酶处理，就可以把它们连接起来；②平整末端连接。某些限制性内切酶作用的结果产生不含粘性末端的平整末端，用机械剪切方法取得的DNA片段也是平整的；在某些连接酶（例如感染噬菌体T4后的大肠杆菌所产生的DNA连接酶）的作用下，同样可以把两个这样的DNA片段连接起来；③同聚末端连接。在脱氧核苷酸转移酶（也称末端转移酶）的作用下可以在DNA的3′羟基端合成低聚多核苷酸；如果把所需要的DNA片段接上低聚腺嘌呤核苷酸，而把载体分子接上低聚胸腺嘧啶核苷酸，那么由于两者之间能形成互补氢键，同样可以通过DNA连接酶的作用而完成DNA片段和载体间的连接；④人工接头分子连接。在两个平整末端DNA片段的一端接上用人工合成的寡聚核苷酸接头片段，其中包含有某一限制酶的识别位点；经这一限制酶处理便可以得到具有粘性末端的两个DNA片段，进一步就可以用DNA连接酶把这两个DNA分子连接起来。

将连接有所需要的DNA的载体导入宿主细胞的常用方法有四种：①转化。用质粒作载体所用的方法；②转染。用噬菌体DNA作载体所用的方法，这里所用的噬菌体DNA并没有包上它的外壳；③转导。用噬菌体作载体所用的方法，所用的噬菌体在离体情况下包上蛋白质外壳，所以称为离体包装；④注射。如果宿主是比较大的动植物细胞，则可以用注射方法把重组DNA分子导入。

用以上任何一种方法连接起来的DNA中，既可能包括需要的DNA片段，也可能包括并不需要的片段，甚至包括互相连接起来的载体分子的聚合体。所以宿主细胞中只有一小部分是真正含有所需要的基因的。一般通过三种方法可以取得所需要的宿主细胞。①遗传学方法。对于带有抗药性基因的质粒，从被转化细菌是否由敏感状态变为抗药的状态，就可以知道它有没有获得这一抗药性质粒；一个抗药性基因中间如果接上了一段外来的DNA片段，就使获得这一质粒的细菌不再表现抗性；把一个带有氨苄青霉素抗性和四环素抗性基因的质粒pBR322，用限制酶Bam HI处理，由于BamHI的唯一的识别位点是在四环素抗性基因中，所以经同一种酶处理的DNA分子片段就可以连接在这一基因中间；在被转化的细菌中选择只对氨苄青霉素具有抗性而对四环素不具抗性的细菌，便可以获得带有外来DNA片段的载体的细菌；②免疫学方法和分子杂交方法。当一个宿主细胞获得了携带有载体上的基因后，细胞中往往就出现这一基因所编码的蛋白质，用免疫学方法可以检出这种细胞。分子杂交的原理和方法同样可以用来检测这一基因的存在（见分子杂交技术和基因文库）。

在构建重组DNA分子和选择宿主细胞时，还须考虑外源基因表达的问题。即要求外来的基因在宿主细胞中能准确地转录和转译，所产生的蛋白质在宿主细胞中不被分解，最好还能分泌到细胞外。为了使外源基因表达，需要在基因编码顺序的5′端有能被宿主细胞识别的启动基因顺序以及核糖体的结合顺序。两种常用的方法能用来使外源基因在宿主细胞中顺利地表达。①在形成重组DNA分子时，在载体的启动基因顺序和核糖体结合顺序后面的适当位置上连接外源基因。例如将兔的β-珠蛋白基因或人的成纤维细胞干扰素基因分别连接到已经处在载体上的大肠杆菌乳糖操纵子的启动基因后面，便能使它们在大肠杆菌中顺利地表达。②将外源基因插入到载体的结构基因中的适当位置上，转录和转译的结果将产生一个融合蛋白。这种融合蛋白质被提纯后，要准确地将两部分分开，才能获得所需要的蛋白质。在早期的遗传工程研究中，生长激素释放抑制因子和鼠胰岛素基因的表达，都是通过将它们连接在β-半乳糖苷酶基因中的方式实现的。

主要有以下几个方面：

用大肠杆菌生产人的生长激素释放抑制因子，是第一个成功的实例。在9升细菌培养液中这种激素的产量等于从大约50万头羊的脑中提取的量。这是把人工合成的基因连接到小型多拷贝质粒pBR322上，并利用乳糖操纵子β-半乳糖苷酶基因的高效率启动子，构成新的杂种质粒而实现的。现在胰岛素，人的生长激素、胸腺激素α-1、干扰素，牛的生长激素，乙型肝炎病毒抗原和口蹄疫病毒抗原等都可用大肠杆菌发酵生产，其中有的还可以在酵母或枯草杆菌中表达。利用遗传工程手段还可以提高微生物本身所产生的酶的产量，例如可以把大肠杆菌连接酶的产量提高500倍。

应用重组DNA技术可以克隆和扩增某些原核生物和真核生物的基因，从而可以进一步研究它们的结构和功能。重组DNA技术及其提出的问题促进了遗传学、生物化学、微生物学、生物物理学和细胞学等科学的发展，并且有助于这些不同学科的结合。目前正在形成一门新兴的学科——生物工艺学或生物工程学，就是这种趋势的反映。

澳大利亚将外源GH基因导入猪幼胚中培养出体型大，生长率高的瘦肉型猪。在植物育种中，基因工程技术发展很快。玉米种子蛋白（Zein）的核苷酸序列已搞清楚，拟进一步改变基因结构，使之含有较多的赖氨酸密码，提高种子的营养价值。以前认为只感染双子叶植物的土壤杆菌，现已证明以土壤杆菌T_i质粒为载体，可以把DNA转入玉米，以及天门冬属、吊兰属、水仙属等单子叶植物。以前认为必不可少的T_i质粒的边界序列可以用细菌的OriT序列代替，使细菌基因进入植物得以实现，从而为改良植物培育新品种带来了新的希望。目前，通过修饰的T_i质粒将外源基因引入植物细胞并得到表达的例子已有几十个，所转移的外源基因不仅有植物本身的基因，也包括微生物、动物乃至人类的基因。沙门氏菌抗除草剂基因已成功地引入烟草、番茄、杨树和棉花中，并成功地表达。苏芸金毒杀鳞翅目昆虫的基因亦已成功地引入烟草并获得抗虫能力。由于对植物的生理、生化、发育、代谢，以及分子遗传学方面的知识了解尚少，所以植物基因工程正处于发展时期。

农林产品中每年有大量废木质纤维素，包括植物的藁秆、棉籽壳、木屑等，可通过基因工程方法使其充分利用，转化为葡萄糖、木糖、酒精、食品及高级饲料，因而是农业的重大课题。木质纤维素的降解须通过纤维素酶、半纤维素酶和木质素酶的协同作用。关键在于获得大量优质廉价的酶，只有通过基因克隆来实现。事实上这些酶基因都已被克隆或正在克隆。这些基因还可用于微生物育种，如将它们引入酿酒酵母，则可把木质纤维素转化为酒精；又可育成利用基质效率高和高产的食用菌。食用菌能将木质纤维素转化成营养价值高的菇体和饲料。