又称基因工程或重组DNA技术。将甲种生物的目的基因转入乙种生物的细胞内，并使其能正确地表达，从而形成新的产物和性状。如果是高等植物，还需要使转化后的细胞分化发育成完整植株。

广义的遗传工程还包括细胞工程，狭义的遗传工程则专指基因工程。

遗传工程有三个特点，也可以说是它的三大优点：①可以使生物的基因在人、动物、植物和微生物四大系统内进行交换，这是因为所有生物的基因都有通用的遗传密码，而且所翻译出来的氨基酸除极少数外，完全是一样的。②遗传工程可使培育新品种的速度比常规方法迅速得多。③遗传工程可以获得生物的定向变异，从而使现代的遗传育种学发展到一个新阶段。

目的基因的获得

采用分离自然基因的方法或用酶学或化学方法制造目的基因。分离自然基因多采用鸟枪法：即先选用适当的限制酶把全部基因组切割成略大于一个基因的DNA片段，然后把这些片段一一与载体组成重组分子并转化到大肠杆菌中，构成基因文库，然后用放射性标记的探针钓出目的基因。酶学方法是以提纯的mRNA为模板，用反向转录酶合成与之互补的单链cDNA，然后再合成双链的cDNA。化学方法合成是按目的基因的遗传密码，先合成10个左右核苷酸的单链小片段，再逐一配合成双链的目的基因。

利用上述三种方法已获得大量微生物基因及成百种的动物和作物基因。例如，大豆、玉米、小麦、大麦、水稻、菜豆、豌豆、马铃薯、油菜等的贮藏蛋白基因；豌豆、小麦、烟草、大豆与光合作用有关的Rubp羧化酶小亚基的基因和玉米、大麦、烟草、菠菜大亚基的基因；与固氮有关的大豆的豆血红蛋白基因、尿素酶基因；与抗逆性有关的玉米乙醇脱氢酶基因、大豆的热诱导蛋白基因；与生长发育有关的燕麦、玉米的光敏色素基因；与转座有关的玉米的Ds和Ac基因等等。

目的基因与载体在体外合成重组分子

作为载体至少需要满足下列条件：①是小型DNA分子；②许多种限制酶都只有一个切点，切开后不影响载体的繁殖和选择标记；③有选择重组体的选择标记。细菌质粒和噬菌体λ比较符合上述条件，但仍需进一步改造才较为理想。目的基因与载体的连接方式可以用粘性末端连接，也可以用平整末端连接，还可以用末端转移酶在两个DNA片段的3端分别添加一定数量的dA与dT，形成人造粘性末端，然后进行连接。植物基因工程载体的研究也取得了突破性的进展，特别是根癌农杆菌的致瘤（Ti）质粒，它的转移DNA可以整合到宿主的染色体上。利用这一特点，对Ti质粒的T-DNA进行改造，只保留下T-DNA上的胭脂碱（或章鱼碱）合成酶基因的启动子，下游的附加聚合酶A的信号以及T-DNA左右边界的25对碱基顺序，而将目的基因的结构部分插入到胭脂碱合成酶基因的启动子后，形成嵌合基因，这种嵌合基因可以在植物细胞内表达。

将重组DNA分子引入适当的受体细胞

常用的方法有三种：①转化，用质粒作载体；②转染，用噬菌体DNA作载体，噬菌体DNA不包上外壳蛋白；③转导，用噬菌体DNA作载体，噬菌体DNA经过外壳蛋白的离体包装。受体细菌一般选用大肠杆菌，也有采用枯草杆菌、酵母、植物原生质体作为受体的。对于植物基因工程，也可以采用非载体的方法，如花粉处理法、电击穿孔法、注射法等。

筛选出具有目的基因的受体细胞

鉴定受体细胞是否具有所需要的目的基因，一般除利用对抗生素的抗性作为初选外，还进一步采用下述两种方法之一加以鉴定：①菌落原位分子杂交法，应用最为广泛。转化后的细菌印影在硝酸纤维素滤膜上，经变性固定其单链DNA，用带有放射性标记的探针（DNA或RNA）和它们杂交，凡经过放射性自显影出现黑斑的即为目的基因。②免疫学方法。

目的基因的表达

正确和充分表达需要使目的基因高水平的转录和翻译。高水平的转录要求目的基因编码序列的5′端上游有易被受体细胞RNA聚合酶识别的启动子。也可以引入这样一个启动子，如大肠杆菌的Lac、trp启动子，λ的P_L启动子，Ti质粒的NOS（胭脂碱合成酶）基因或Ocs（章鱼碱合成酶）基因的启动子，CaMV的35S的启动子等原核高水平的翻译需要在目的基因5′端上游有一个适当的核糖体结合部位。总之，既要有一个强有力的启动子序列，也要有一个核糖体结合部位，两者可以同时被引入到合适位置。高等植物的表达常需要转化细胞分化发育为成熟个体，如贮藏蛋白基因特异性地在种子内表达，需要待种子成熟后，用免疫学方法检测出这种蛋白质的存在。为进一步了解目的基因的遗传行为，还需要继续观察种子后代的遗传规律。

由于生物界的遗传密码是通用的，基因工程在实践上的应用有其广阔前景。1977年，H.波耶尔（Boyer）首先利用基因工程的方法，使大肠杆菌生产人的生长激素释放抑制因子成功。即用Lac高效启动子加上人工制造的生长激素释放抑制因子的基因，并接在质粒PBR322上成为重组分子，将它转化到大肠杆菌内，就产生出这种多肽激素。此后，陆续完成了胰岛素，人的生长激素，人的干扰素，乙型肝炎病毒表面抗原，口蹄疫疫苗，幼畜腹泻疫苗，猪、牛、鸡的生长激素，鸡的卵清蛋白等在大肠杆菌及其他受体细胞内的表达。

用大肠杆菌生产人的胰岛素是基因工程第一个达到大规模商品化生产的实例。胰岛素是治疗糖尿病的特效药，它的基因工程产品的商品化生产不仅可以弥补猪胰腺制造胰岛素量的不足，也可以避免猪胰岛素所出现的过敏反应。人的生长激素是治疗侏儒症的特效药，过去只能从人尸体的脑垂体中制取，由于尸体缺乏，药品供应困难，用基因工程方法已有小批量生产。干扰素是治疗某些病毒病的特效药，对某些癌症也有疗效。过去只能从白血球中制取，价格昂贵，难于进行临床试验，现在用基因工程方法制造的某些种类的干扰素已开始小批量生产。乙型肝炎病毒表面抗原在大肠杆菌和酵母中均可表达，已有批量生产。

在畜牧、兽医方面，用基因工程生产的口蹄疫疫苗，幼畜腹泻疫苗，猪、牛的生长激素等均有批量生产。

植物基因工程取得了一系列重要进展，已开始达到实用阶段。细菌的抗生素抗性基因、菜豆贮藏蛋白基因和大豆7S贮藏蛋白α亚基基因与Nos、Ocs或CaMV35S启动子组成的嵌合基因，有的可以在细胞、组织水平上表达；有的可以在个体水平上表达；有的可以用组成型方式上表达。1983年，村井纪元等将菜豆贮藏蛋白基因与章鱼碱合成酶的调控顺序组成嵌合基因转化烟草细胞，结果特异性地在烟草种子蛋白中发现有菜豆贮藏蛋白，这是第一个完整的植物基因工程的例子。1985年，R.N.比彻（Beachy）等将大豆7S贮藏蛋白α亚基基因转化矮牵牛叶盘，结果在矮牵牛种子中特异性的发现大豆7S贮藏蛋白，而且转化后所结种子以3（有大豆蛋白）∶1（无大豆蛋白）的孟德尔比例进行分离。1986年，比彻的实验室还成功地培育出抗烟草花叶病毒（TMV）的新类型。他们是将TMV的外壳蛋白基因经反转录成cDNA，再用改造后的TDNA与之形成嵌合基因转化到烟草细胞中，并再生成烟草植株，这种植株就具有抗TMV的能力并通过种子遗传下去。比利时和美国还相继培育出抗虫的烟草和番茄新类型。比利时的植物遗传系统NV公司、美国的农业遗传学公司和孟山度公司分别用苏云金杆菌提取防治害虫的毒蛋白基因转移到烟草和番茄上，培育成高效的抗虫作物，它们可以杀死各种鳞翅目的幼虫。孟山度公司还培育出抗除草剂的作物新类型。