重组DNA技术研究的内容主要包括以下几个方面（图5-2）。

图5-2　重组DNA技术研究的主要内容

（一）基础研究

构建克隆载体及相应的表达系统、基因不同物种的基因组文库和cDNA文库、开发新的工具酶、基因工程新技术、新的操作方法。

（二）重组DNA技术工具的研究

重组DNA技术工具的研究主要包括：克隆的载体、受体系统和克隆过程用的工具酶。

重组DNA技术的发展是与克隆载体构建密切相关的，Ti质粒的发现使植物基因工程研究迅速发展起来；动物病毒克隆载体的构建，使动物基因工程研究也有一定的进展。可以认为构建克隆载体是基因工程技术路线中的核心环节。构建适合于高等动植物转基因的表达载体和定位整合载体是今后研究的重要内容。

重组DNA技术的受体细胞与载体是一个系统的两个方面。受体是克隆载体的宿主，是外源目的基因复制和表达的场所。单细胞、组织、器官和个体均可以作为受体。原核生物受体：E.coli。真核生物受体：酵母是单细胞真核生物受体。植物受体：愈伤组织、细胞和原生质，部分组织和器官。动物受体：生殖细胞和早期胚胎细胞作为基因工程受体。人的体细胞也可以作为基因工程受体。

DNA克隆就是应用酶学的方法，在体外将各种来源的遗传物质与DNA克隆载体结合成一具有自我复制能力的DNA分子——复制子，继而通过转化或转染宿主细胞筛选出含有目的基因的转化子细胞，再进行扩增、提取获得大量同一DNA分子，即DNA克隆，又称重组DNA。在重组DNA技术中，常需要一些基本工具酶进行基因操作。重组DNA技术常用工具酶有：限制性核酸内切酶、DNA连接酶、DNA聚合酶Ⅰ、Taq DNA聚合酶等。在所有工具酶中，限制性核酸内切酶具有特别重要的意义。

（三）重组DNA技术的研究

自从1951年美国学者E.莱德伯格（Lederberg）等发现了分子克隆技术中广泛应用的噬菌体是大肠杆菌的温和λ噬菌体以来，分子克隆技术经过30余年的飞速发展，在20世纪80年代初，由于基因工程需重组DNA多拷贝复制，建立无性系，故“分子克隆”被用作重组DNA技术的另一个代名词。(www.daowen.com)

1980年首次采用合成生物学（synthetic biology）的概念来表述基因重组技术，随着基因组计划的成功，系统生物学突现为前沿，2000年E.库尔（E.Kool）重新定义合成生物学为基于系统生物学的遗传工程，DNA重组技术与转基因生物技术从而发展到了人工设计与合成全基因、基因调控网络，乃至基因组的一个新的历史时期。

重组DNA技术的理论研究来源于两个方面的基础理论研究：限制性核酸内切酶（简称限制酶）和基因载体（简称载体）。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。

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技术的成就和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学科的发展，并且有助于这些不同学科的结合。正在形成的一门新兴学科——生物工艺学或生物工程学，就是这种趋势的反映。

（四）重组DNA技术目的基因的研究

基因是一种极其重要的资源，1990年开始，美国、英国、日本、德国、法国等国实施“人类基因组计划”，我国1999年9月获准参加这一计划，承担1％的测序任务。由此可见，获取目的基因也同样是重组DNA技术研究的重要内容。

重组DNA技术研究的基本任务是开发人民需要的基因产物，这样的基因叫做目的基因。获得目的基因的方法：主要通过构建基因组文库或cDNA文库，从中筛选出特殊需要的基因。简单的原核生物目的基因可从细胞核中直接分离得到，但人类的基因分布在23对染色体上，较难从直接法得到。简短的目的基因可在了解一级结构或通过了解多肽链一级结构氨基酸编码的核苷酸序列的基础上人工合成。但多数的目的基因由mRNA合成cDNA（complementary DNA，反转录DNA）得到。cDNA通过各种方式与载体连接，克隆可得到全长cDNA或片段，用于探针制备、序列分析、基因表达等研究。

（五）重组DNA技术产品的研究

分子生物学技术是带动生命科学的前沿学科，也是医学向分子水平发展的先导。作为分子生物学技术中最重要、最有实用价值的重组DNA操作技术，已经为临床医学、药学和法医学等带来了革命性的变化。基因操作技术在医学方面的价值主要包括：提供多种发现疾病相关基因和认识疾病的分子机制的新策略；高效率、低成本生产人类疾病治疗和预防用的生物活性蛋白质；建立新的疾病诊断方法——基因诊断方法；纠正人类基因缺陷的方法——基因治疗；发展出新的法医学鉴定方法。

重组DNA技术的发展在医学上最重要的成就表现在治疗用生物活性蛋白或疫苗的生产和使用。重组DNA技术在大量生产生物活性蛋白的疫苗方面有着传统的生物提取法无法比拟的优越性。具有特定生物学活性的蛋白质在生物学和医学研究方面具有重要的理论和应用价值，这些蛋白质可以通过克隆其基因使之在宿主细胞中大量表达而获得。这尤其适用于那些来源特别有限的蛋白质。利用基因工程方法表达克隆基因还可以获得自然界本不存在的一些蛋白质。克隆基因可以放在大肠杆菌、枯草杆菌、酵母、昆虫细胞、培养的哺乳类动物细胞或整体动物中表达。

在基因诊断领域，利用重组DNA技术作为工具，直接从DNA水平监测人类遗传性疾病的基因缺陷，因而比传统的诊断手段更加可靠。利用DNA碱基互补的原理，用已知的带有标记的DNA通过核酸杂交的方法检测未知的基因。在基因治疗领域，将外源正常基因导入靶细胞，取代突变基因，补充缺失基因或关闭异常基因，达到从根本上治疗疾病的目的。基因治疗是21世纪的一大热点领域，被认为是征服肿瘤、心血管疾病、糖尿病尤其是遗传性疾病最有希望的手段。

目前，基因工程在其他方面的应用也取得了令人振奋的成果。如日本科学家利用基因工程使家蚕丝心蛋白基因与绿色荧光蛋白基因相互融合，得到的家蚕蚕丝可发出绿色的光泽。人们利用花卉的花色基因改变花的颜色、利用花形基因改变花的形状、利用香味基因改变花的香味等等，以使我们的生活环境更加色彩斑斓。发酵工业中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，这种激素的产量大约等于从50万头羊的脑中提取得到的量。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。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。动植物育种工作中已经有一些研究明确地预示着重组DNA技术在这些方面的潜力。例如把来自兔的β-血红蛋白基因注射到小鼠受精卵的核内，再将这种受精卵放回到小鼠输卵管内使它发育，在生下来的小鼠的肝细胞中发现有兔的β-血红蛋白基因和兔的β-血红蛋白基因。