基因重组

基因重组（遗传子再调合，英文：Genetic recombination）是一个遗传学术语，指组成基因的元素（例如DNA或RNA）在拆卸和重组过程中从其原始序列逆转的过程。在真核生物中， 它是通过减数分裂期间发生的染色体剪接来实现的，特别是减数分裂期间发生的染色体剪接导致后代具有与亲代不同的基因组合，从而导致不同的表达等位基因频率。进化生物学认为重组是有性生殖的一个重要优势：重组产生的遗传多样性避免了穆勒锯齿状假说所引起的不利突变的积累。一种称为重组酶的酶充当基因重组的催化剂， RecA 是大肠杆菌中发现的代表性重组酶，可修复复制过程中导致错误的重复 DNA 片段。修复 DNA 重复片段的酶有两种，分别是参与有丝分裂和减数分裂的酶 RAD51 和 DMC1只参与减数分裂。基因重组是通过染色体交换、基因转换等方法发生的。另一方面，通过分子生物学实验，可以对DNA片段进行人工重组，这种人工重组的DNA称为重组DNA。

将含有特定基因的重组DNA导入细菌中并培养细菌后，目标基因可以大量复制，利用克隆的基因，可以进行基因的基础研究或将特定基因导入其他生物体中。

利用基因重组技术，可以低成本生产各种有用的蛋白质，如治疗糖尿病的胰岛素、抗病毒物质的干扰素、治疗心脏病的血栓分解蛋白、促进人体生长的生长激素等蛋白质。通过基因重组技术产生。

有性生殖生物的精子或卵子等配子是通过减数分裂产生的，在减数分裂过程中，成对的染色体经过基因重组后分为四个配子，其中发生基因交叉，如左图所示。结果，传递给后代的基因具有同源性，但表现出遗传多样性，各自具有不同的遗传性状。

当两个遗传性状在基因中彼此靠近时，即使发生遗传交叉，分离的可能性也会降低，因此会出现遗传关联，因此，染色体接合破坏了同一染色体上存在的等位基因的相关性。

染色体交叉实际混合一对染色体的过程称为基因转换，基因转换是参考另一侧基因序列改变一侧部分基因序列的过程。

制作重组DNA需要待重组的目标DNA、DNA载体（载体）、限制性内切酶和连接酶（连接酶）。DNA载体是起到将目标DNA转运至宿主的作用的DNA。细胞，宿主细胞就是重组DNA，是要移植的活细胞，主要用大肠杆菌作为宿主细胞，大肠杆菌常被用作重组DNA的宿主细胞，因为它很容易控制整个DNA通过操纵基因进行新陈代谢，因为分子生物学信息已被充分了解，并且易于培养和保存。

限制性内切酶存在于细菌等微生物中，识别特定的碱基序列，将DNA切割成小片段。限制性内切酶有几种类型，每种类型识别不同的碱基序列。被限制性内切酶切割的DNA的两端都变成了单链 DNA 并成为一个粘性末端，可以与另一个具有互补碱基序列的 DNA 末端结合。

当用相同的限制性内切酶切割目的DNA和DNA载体时，它们的末端可以互补，当用连接酶将目的DNA和用相同的限制性内切酶切割的DNA载体连接在一起时，得到重组DNA。

胰岛素是第一种利用大肠杆菌质粒进行基因重组技术大规模生产的药物。

当重组DNA在胰岛素生产过程中被引入大肠杆菌并生长时，重组DNA被复制并可以获得相同DNA的多个拷贝。以这种方式创建相同的DNA称为DNA克隆。通过DNA克隆所克隆的DNA是用于基因基础研究，用于生产转基因生物和医用蛋白质，如胰岛素和生长激素。

在基因重组过程中，在用限制性内切酶切割质粒并插入目标DNA的步骤中，一些质粒被密封而没有插入目标DNA。此外，在将重组质粒引入宿主细胞的步骤中，部分质粒不进入宿主细胞，从而产生三种类型的宿主细胞：无质粒的宿主细胞、带有非重组质粒的宿主细胞和带有重组质粒的宿主细胞。因此，为了克隆目的DNA，必须引入带有重组质粒的宿主细胞，需要一个选择过程。

选择带有重组质粒的宿主细胞的方法之一是使用抗生素抗性基因和lacZ基因。lacZ基因是产生乳糖酶的基因，乳糖酶分解一种称为X-gal的物质。因为它产生副-产品颜色为蓝色，很容易选出带有该基因的大肠杆菌。

由于该质粒含有对氨苄青霉素（一种抗生素）具有抗性的基因，因此通过在含有氨苄青霉素的培养基中培养所使用的大肠杆菌，没有该质粒的大肠杆菌无法生长，而没有该质粒的大肠杆菌则无法生长。 -重组质粒和重组质粒不生长，只有大肠杆菌形成菌落（菌落）。

通过菌落颜色来区分非重组质粒的大肠杆菌和重组质粒的大肠杆菌，在基因重组过程中，当目的基因插入到质粒的乳糖酶基因区域时，非重组质粒的大肠杆菌重组质粒，但带有重组质粒的大肠杆菌因为乳糖酶基因被切断而不能产生乳糖酶。当两种类型的大肠杆菌在乳糖酶变蓝的培养基上培养时，带有非重组质粒的大肠杆菌由于用乳糖酶分解X-gal产生的副产物，带有重组质粒的大肠杆菌菌落呈现蓝色，而带有重组质粒的大肠杆菌菌落呈现白色，使得可以区分两个大肠杆菌。

转基因植物可以通过在没有质粒的植物中使用细菌质粒作为载体来培育。这是可能的。Ti质粒中的基因被转移到植物的DNA中，使植物能够产生有用的蛋白质。

通过利用质粒对植物进行基因改造，可以将杂草基因插入水稻基因中，以产生对冷害和干旱等不利条件的抗性，或增加水稻、马铃薯、玉米和豆类的糖含量，并产生对害虫和害虫的抗性。此外，还可以用较少的劳动力和生产成本收获农产品，或者赋予植物固氮能力，并改变花朵的颜色。

彼此不同源的 DNA 序列之间发生的重组称为非同源末端连接。

在免疫系统的B细胞中，会发生基因重组，称为免疫球蛋白抗体类重组。这发生在改变免疫球蛋白抗体类型以产生新抗体的过程中。例如，B细胞中的免疫球蛋白M被转化为另一种亚型，免疫球蛋白G。结果，形成新的抗体。