重组DNA是通过实验室方法，将不同DNA分子上的片段连接起来构建的脱氧核糖核酸。这些片段可以来自不同生物、同一生物，也可以是化学合成的序列；并不一定要将不同物种的DNA组合在一起。重组DNA技术涵盖组装、导入、复制和研究这些构建体的方法。它是分子生物学的基础工具，使研究人员能够分离遗传序列，并在宿主细胞中生产特定的生物制品。(genome.gov)
分子原理
重组构建体通常包含一段插入片段，即研究者感兴趣的序列，以及与之连接的克隆载体。克隆载体是一种将插入片段携带至宿主细胞内的DNA分子。许多载体还能支持构建体的复制。插入片段可以包含一个完整的基因、一段调控区，或一段不具备蛋白质编码功能的序列。所得分子是否属于重组DNA，取决于其DNA序列的组装方式，而不是它是否产生新的蛋白质。(ncbi.nlm.nih.gov)
质粒是广泛使用的载体，因为它们能够独立于细菌染色体DNA进行复制，而且相对容易操作。典型的质粒载体包含支持DNA复制的复制起点、插入位点和可选择标记。其他载体系统包括噬菌体和人工染色体，其适用性取决于宿主、插入片段的大小及实验目的。(ncbi.nlm.nih.gov)
构建与鉴定
经典的构建方法利用限制性内切酶在特定识别序列处切割DNA。有些切割会产生互补的单链突出端，称为黏性末端，使片段能够通过碱基配对结合。随后，DNA连接酶封闭DNA骨架上的断口，形成以共价键连接的分子。平末端片段也可以连接，合成接头则可用于引入有用的限制性酶切位点。(ncbi.nlm.nih.gov)
DNA组装并不局限于在限制性酶切位点进行切割和连接。2009年报道的吉布森组装通过核酸外切酶、DNA聚合酶和连接酶的共同作用，将末端具有重叠序列的片段连接起来。这类方法能够无缝组装多个片段，包括天然基因、合成基因以及更大的遗传构建体。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)
在分子克隆中，重组分子被导入宿主细胞并扩增，以获得大量拷贝。细菌，尤其是大肠杆菌，是常用的宿主。可选择标记有助于区分携带载体的细胞和不携带载体的细胞。但仅凭选择过程无法确定载体是否含有预期的插入片段：候选克隆还需进一步筛选或鉴定。限制性酶切分析、凝胶电泳和DNA测序可帮助鉴定和检查克隆的DNA。(ncbi.nlm.nih.gov)
DNA扩增与基因表达
复制重组分子和表达其中的基因是两种不同的结果。构建体可能成功复制，却不产生任何可检测的基因产物。基因产物的生成需要适当的调控序列，并且要求构建体与宿主的基因表达机制相兼容。因此，表达构建体会将编码序列与调控元件连接起来，使宿主能够产生预期的RNA或蛋白质。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
对于许多来自真核生物的基因，互补DNA（cDNA）是基因组DNA的一种实用替代选择。它由逆转录酶以RNA为模板合成。当模板为成熟的信使RNA时，所得cDNA不含在RNA加工过程中被去除的内含子。将cDNA与基因组克隆进行比较，还能揭示基因的组织方式及其转录本的加工方式。(ncbi.nlm.nih.gov)
历史发展
1972年，保罗·伯格的实验室将猿猴病毒40的DNA与源自噬菌体、携带细菌遗传序列的DNA相结合，构建出重组分子。这表明，来自不同来源的DNA可以在活细胞之外进行组装。伯格因在核酸生物化学，尤其是重组DNA方面的基础研究，获得了1980年诺贝尔化学奖的一半奖金。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
1973年11月，斯坦利·科恩、安妮·张、赫伯特·博耶和罗伯特·赫林发表了实验结果，表明不同细菌质粒的片段可以连接成具有生物学功能的质粒。这些分子能在大肠杆菌中复制，并表达抗生素抗性。该研究在体外组装DNA与在活体宿主中扩增具有功能的构建体之间建立了切实可行的联系。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)
应用
重组DNA技术使研究人员能够从复杂混合物中分离单个遗传片段，对其进行扩增和研究。克隆片段的集合构成DNA文库，这些文库可以代表基因组DNA，也可以通过cDNA代表已表达的RNA序列。这些资源为基因结构、调控及基因组组织方式的研究提供了支持。组装的构建体还使研究人员能够考察特定编码序列与调控序列如何共同发挥作用。(ncbi.nlm.nih.gov)
一项重要的工业应用是在经过改造的宿主细胞中生产人类蛋白质。胰岛素是早期实例：科学家于1978年开发出生产人胰岛素的重组方法，美国食品药品监督管理局于1982年10月28日批准了优泌林（Humulin）。这是首个获批的重组DNA技术医疗产品。其他应用包括生长激素、疫苗和诊断试剂。(fda.gov)
生物安全与监管
早期实验引发了人们对将陌生的遗传组合引入生物体后可能产生何种后果的疑问。1975年2月举行的阿西洛马会议建议，某些实验应按照生物安全防护指南开展，而非无限期暂停。美国国立卫生研究院于1976年发布了首份重组DNA研究指南。(pmc.ncbi.nlm.nih.gov)
监管会综合考虑宿主、载体、插入序列及实验活动，而不是将所有重组构建体视为具有同等危险。美国国立卫生研究院的指南规定了研究机构及其生物安全委员会的职责，包括评估适用的实验和相应的生物安全防护要求。指南的适用范围涵盖重组核酸与合成核酸研究，并针对不同类别的工作设置不同的审查规定和豁免情形。(osp.od.nih.gov)