發展歷史
DNA重組技術1951年，美國學者E．萊德伯格等發現了DNA重組技術中廣泛套用的噬菌體是大腸桿菌的溫和噬菌體λ。
1952年美國分子遺傳學家S．E．盧里亞在大腸桿菌中所發現的一種所謂限制現象——從菌株甲的細菌所釋放的噬菌體能有效地感染同一菌株的細菌，可是不能有效地感染菌株乙；少數被感染的菌株乙的細菌所釋放的同一噬菌體能有效地感染菌株乙可是不能有效地感染菌株甲。
1953年法國學者P．弗雷德里克等發現大腸桿菌產生大腸桿菌素這一性狀為一種染色體外的大腸桿菌素因子所控制。
1957年日本學者發現了抗藥性質粒。後兩類質粒都是在遺傳工程中廣泛套用的質粒。
20世紀70年代初，生物化學研究的進展也為重組DNA技術奠定了基礎，1972年，美國科學家保羅·伯格首次成功地重組了世界上第一批DNA分子，標誌著DNA重組技術——基因工程作為現代生物工程的基礎，成為現代生物技術和生命科學的基礎與核心。
20世紀70年代中後期，由於出現了工程菌以及實現DNA重組和後處理都有工程化的性質，基因工程或遺傳工程作為DNA重組技術的代名詞被廣泛使用。
1973年美國的分子生物學家S．N．科恩等又將幾種不同的外源DNA插入質粒pSC101的DNA中，並進一步將它們引入大腸桿菌中，從而開創了遺傳工程的研究。
1974年，美國學者W．阿爾伯終於對1952年大腸桿菌中發現的所謂限制現象提出了解釋，通過進一步的研究發現這種限制現象是由於細菌細胞中具有專一性的限制性核酸內切酶的緣故。
同年，波蘭遺傳學家斯吉巴爾斯基（WaclawSzybalski）稱基因重組技術為合成生物學概念。
1978年，諾貝爾生醫獎頒給發現DNA限制酶的納森斯（DanielNathans）、亞伯（WernerArber）與史密斯（HamiltonSmith）時，斯吉巴爾斯基在《基因》期刊中寫道：限制酶將帶領我們進入合成生物學的新時代。
80年代初，由於基因工程需重組DNA多拷貝複製，建立無性系，故“分子克隆”又被用作DNA重組技術的另一個代名詞。
1980年HobomB.採用合成生物學（syntheticbiology）的概念來表述基因重組技術，隨著基因組計畫的成功，系統生物學突現為前沿，2000年KoolE.重新定義合成生物學為基於系統生物學的遺傳工程，從而DNA重組技術與轉基因生物技術發展到了人工設計與合成全基因、基因調控網路，乃至基因組的一個新的歷史時期。
理論研究
理論基礎
重組DNA技術來源於兩個方面的基礎理論研究——限制性核酸內切酶（簡稱限制酶）和基因載體（簡稱載體）。
重組DNA技術中所用的載體主要是質粒和溫和噬菌體（見轉導）兩類，而在實際套用中的載體幾乎都是經過改造的質粒或溫和噬菌體。
相關學科
套用重組DNA技術可以克隆和擴增某些原核生物和真核生物的基因，從而可以進一步研究它們的結構和功能。
重組DNA技術的成就和提出的問題促進了遺傳學、生物化學、微生物學、生物物理學和細胞學等學科的發展，並且有助於這些不同學科的結合。正在形成一門新興的學科——生物工藝學或生物工程學，就是這種趨勢的反映。
步驟和方法
重組步驟
DNA重組技術重組DNA技術一般包括四步：主要取決於基因的來源、基因本身的性質和該項遺傳工程的目的。
①獲得目的基因；
②與克隆載體連線，形成新的重組DNA分子；
③用重組DNA分子轉化受體細胞，並能在受體細胞中複製和遺傳；
④對轉化子篩選和鑑定。在具體工作中選擇哪條技術路線；
⑤對獲得外源基因的細胞或生物體通過培養，獲得所需的遺傳性狀或表達出所需要的產物。
重組方法
重組DNA片段的取得主要的方法有：
①利用限制酶取得具有粘性末端或平整末端的DNA片段；
②用機械方法剪下取得具有平整末端的DNA片段，例如用超音波斷裂雙鏈DNA分子；
③經反向轉錄酶的作用從mRNA獲得與mRNA順序互補的DNA單鏈，然後再複製形成雙鏈DNA（cDNA）。例如人的胰島素和血紅蛋白的結構基因都用這方法獲得。這樣獲得的基因具有編碼蛋白質的全部核苷酸順序，但往往與原來位置在染色體上的基因在結構上有區別，它們不含有稱為內含子的不編碼蛋白質的間隔順序（見基因）；
④用化學方法合成DNA片段。從蛋白質肽鏈的胺基酸順序可以知道它的遺傳密碼。依照這密碼用化學方法可以人工合成基因。
技術路線
DNA片段和載體的連線
DNA重組技術DNA片段和載體相連線的方法主要有四種：
①粘性末端連線，每一種限制性核酸內切酶作用於DNA分子上的特定的識別順序，許多酶作用的結果產生具有粘性末端的兩個DNA片段。
②平整末端連線，某些限制性內切酶作用的結果產生不含粘性末端的平整末端。
③同聚末端連線，在脫氧核苷酸轉移酶（也稱末端轉移酶）的作用下可以在DNA的3′羧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，而把載體分子接上低聚胸腺嘧啶核苷酸，那么由於兩者之間能形成互補氫鍵，同樣可以通過DNA連線酶的作用而完成DNA片段和載體間的連線。
④人工接頭分子連線，在兩個平整末端DNA片段的一端接上用人工合成的寡聚核苷酸接頭片段，這裡面包含有某一限制酶的識別位點。經這一限制酶處理便可以得到具有粘性末端的兩個DNA片段，進一步便可以用DNA連線酶把這樣兩個DNA分子連線起來。
導入宿主細胞
將連線有所需要的DNA的載體導入宿主細胞的常用方法有四種：
①轉化，用質粒作載體所常用的方法。
②轉染（見轉化），用噬菌體DNA作載體所用的方法，這裡所用的噬菌體DNA並沒有包上它的外殼。
③轉導，用噬菌體作載體所用的方法，這裡所用的噬菌體DNA被包上了它的外殼，不過這外殼並不是在噬菌體感染過程中包上，而是在離體情況下包上的，所以稱為離體包裝。
④注射，如果宿主是比較大的動植物細胞則可以用注射方法把重組DNA分子導入。
選擇
用以上任何一種方法連線起來的DNA中既可能包括所需要的DNA片段，也可能包括並不需要的片段，甚至包括互相連線起來的載體分子的聚合體。所以接受這些DNA的宿主細胞中間只有一小部分是真正含有所需要的基因的。
一般通過3種方法可以取得所需要的宿主細胞：
①遺傳學方法，對於帶有抗藥性基因的質粒來講，從被轉化細菌是否由敏感狀態變為抗藥的狀態就可以知道它有沒有獲得這一抗藥性質粒。一個抗藥性基因中間如果接上了一段外來的DNA片段，就使獲得這一質粒的細菌不再表現抗性。
把一個帶有兩個抗性基因氨苄青黴素抗性和四環素抗性的質粒pBR322用限制酶BamHI處理，由於BamHI的唯一的識別位點是在四環素抗性基因中，所以經同一種酶處理的DNA分子片段就可以連線在這一基因中間。在被轉化的細菌中選擇只對氨苄青黴素具有抗性而對四環素不具抗性的細菌，便可以獲得帶有外來DNA片段的載體的細菌。這是一種常用的遺傳學方法。
②免疫學方法和分子雜交方法，當一個宿主細胞獲得了攜帶在載體上的基因後，細胞中往往就出現這一基因所編碼的蛋白質，用免疫學方法可以檢出這種細胞。分子雜交的原理和方法同樣可以用來檢測這一基因的存在（見分子雜交、基因文庫）。
基因表達
在構建重組體DNA分子和選擇宿主細胞時，還須考慮外源基因表達的問題。就是說要求外來的基因在宿主細胞中能準確地轉錄和翻譯，所產生的蛋白質在宿主細胞中不被分解，而且最好還能分泌到細胞外。為了使外源基因表達，需要在基因編碼順序的5′端有能被宿主細胞識別的啟動基因順序以及核糖體的結合順序。
兩種常用的方法能用來使外源基因在宿主細胞中順利地表達：
①在形成重組體DNA分子時在載體的啟動基因順序和核糖體結合順序後面的適當位置上連線外源基因。例如將兔的β-珠蛋白基因或人的成纖維細胞干擾素基因分別連線到已經處在載體上的大腸桿菌乳糖操縱子的啟動基因後面，便能使它們在大腸桿菌中順利地表達；
②將外源基因插入到載體的結構基因中的適當位置上，轉錄和翻譯的結果將產生一個融合蛋白。這種融合蛋白質被提純後，還要準確地將兩部分分開，才能獲得所需要的蛋白質。在早期的遺傳工程研究中，生長激素釋放抑制因子和鼠胰島素基因的表達都是通過將它們連線在β-半乳糖苷酶基因中的方式實現的。
套用
醫藥行業
DNA重組技術包括活性多肽、蛋白質和疫苗的生產，疾病發生機理、診斷和治療新基因的分離以及環境監測與淨化。胰島素、人的生長激素、人的胸腺激素α-1、人的干擾素、牛的生長激素、B型肝炎病毒抗原和口蹄疫病毒抗原等在基因重組技術中的套用大大促進了醫學的發展。
發酵工業
用大腸桿菌生產人的生長激素釋放抑制因子是第一個成功的實例。在9升細菌培養液中這種激素的產量等於從大約50萬頭羊的腦中提取得到的量。這是把人工合成的基因連線到小型多拷貝質粒pBR322上，並利用乳糖操縱子β-半乳糖苷酶基因的高效率啟動子，構成新的雜種質粒而實現的。
利用遺傳工程手段還可以提高微生物本身所產生的酶的產量。例如可以把大腸桿菌連線酶的產量提高500倍。
動植物育種和基因治療
已經有一些研究工作明確地預示著重組DNA技術在這些方面的潛力。例如把來自兔的β-血紅蛋白基因注射到小鼠受精卵的核內，再將這種受精卵放回到小鼠輸卵管內使它發育，在生下來的小鼠的肝細胞中發現有兔的β-血紅蛋白基因和兔的β-血紅蛋白。
還有人把包括小鼠的金屬巰基組氨酸三甲基內鹽I（metallothioneineI）基因的啟動子及大鼠生長激素結構基因的DNA片段注射進小鼠受精卵的前核中，由此發育得來的一部分小鼠由於帶有可表達的大鼠生長激素基因，所以明顯地比對照鼠長得大。這些實驗結果為基因治療展現了可喜的前景。
固氮的功能涉及17個基因，分屬7個操縱子，現在已能把它們全部引入酵母菌，而且能正常地複製，不過還沒有能使這些基因表達。改造玉米胚乳蛋白質而使人畜營養必需的賴氨酸和色氨酸成分增加的工作也在著手進行。大豆的基因已能通過Ti質粒引入向日葵。因此，可以預期隨著時間的推移在能源、農業、食品生產、工業化學和藥品製造等方面都將會取得巨大的成果。
生物安全
生物表達系統由載體和宿主細胞組成。必須滿足許多標準使其能有效、安全地使用。下列情況需要較高的生物安全水平：
1、來源於病原生物體的DNA序列的表達可能增加GMO的毒性。
2、插入的DNA序列性質不確定，例如在製備病原微生物基因組DNA庫的過程中。
3、基因產物具有潛在的藥理學活性。
4、毒素的基因產物編碼。
5、病毒載體（腺病毒載體）可以用於將基因有效地轉移到其他細胞。這些載體操作時應採用與用於獲得這些載體的母體腺病毒相同的生物安全水平。攜帶外源性遺傳信息的動物（轉基因動物）應當在適合外源性基因產物特性的防護水平下進行操作。特定基因被有目的地刪除的動物（“基因敲除”動物）一般不表現特殊的生物危害。
6、那些表達了能夠耐受除草劑或抵抗昆蟲能力等基因的轉基因植物，在世界許多地區都引起相當的爭議。這些爭議的焦點是這類植物作為食物的安全性，以及種植後的長期生態後果。表達動物或人源性基因的轉基因植物用於研發醫學產品和營養物品。通過危險度評估可以確定這些轉基因植物產品所需的生物安全水平。
相關概念
克隆與克隆化
所謂克隆就是指同一副本或拷貝的集合。獲取同一拷貝的過程稱為克隆化。為某一研究目的，從眾多不同的分子群體中分離的某一感興趣分子，繼而經無性繁殖（擴增）產生的很多相同分子的集合，即為分子克隆。
DNA克隆
DNA克隆就是套用酶學的方法，在體外將各種來源的遺傳物質與載體DNA結合成一具有自我複製能力的DNA分子——複製子，繼而通過轉化或轉染宿主細胞、篩選出含有目的基因轉化子細胞，再進行擴增、提取獲得大量同一DNA分子，即DNA克隆又稱重組DNA。
工具酶
在重組DNA技術中，常需要一些基本工具酶進行基因操作。小結：重組DNA技術常用工具酶（1）限制性內切酶：識別特異序列，切割DNA。（2）DNA連線酶：催化DNA中相鄰的5′磷酸基與3′羥基間形成磷酸二酯鍵，使DNA切口封合，連線DNA片段。（3）DNA聚合酶Ⅰ：a.合成雙鏈cDNA中第二條鏈。?b.缺口平移製做探針。?c.DNA序列分析。?d.填補3′末端。（4）Taq酶催化PCR反應，聚合DNA。（5）反轉錄酶a.合成cDNA。b.替代DNA聚合酶Ⅰ進行填補，標記或DNA序列分析，（6）多聚核苷酸激酶催化DNA5′羥基末端磷酸化，或標記探針。（7）鹼性磷酸酶切除DNA5′末端磷酸基。（8）末端轉移酶在3′羥基末端進行同系多聚核苷酸加尾。（9）DNA酶：切割DNA（10）RNA酶：切割RNA。
在所在工具酶中，限制性核酶內切酶具有特別重要的意義。所謂限制性核酸內切酶就是識別DNA的特異序列，並在識別點或其周圍切割雙鏈DNA的一類內切酶。根據酶的組成，所需因子及裂解DNA方式的不同，可將限制性核酸內切酶分為三類。重組DNA技術中常用的限制性核酸內切酶為Ⅱ類酶，大部分Ⅱ類酶識別DNA位點的核苷酸序列呈二元鏇轉對稱，通常稱這種特殊的結構順序為迴文結構。
