体外重组DNA分子并在原核或真核细胞中增殖和表达的技术。基因工程也称重组DNA技术。这种技术可把特定的基因组合到载体上，并使之在受体细胞中增殖和表达。因此它不受亲缘关系的限制，从而为观赏植物育种和分子遗传学研究开辟了新途径。

生物基因工程是建立在核酸内切限制酶和基因载体两方面的基础理论研究上的。1952年美国的卢里亚（S.E.Luria）在大肠杆菌中发现的限制现象，是由于细胞中具有专一性的核酸内切限制酶而引起的。20世纪70年代，生物化学研究的进展为基因工程的发展奠定了坚实的基础。1972年美国的伯格（P.Berg）等将动物病毒的DNA和噬菌体的DNA连接在一起，构成了首批重组DNA分子；1973年美国的科思（N.Cohen）将几种不同的外源DNA插入质粒中，并将其导入大肠杆菌中，从而开创了基因工程研究的先河。

目的基因的获得，有分离自然基因、酶学方法和化学方法等。①分离自然基因多用鸟枪法，即选用适当的限制酶，把基因组切割成略大于一个基因的DNA片段，把这些片段与载体组成重组分子，并转入大肠杆菌中，构成基因文库，然后再用探针钓出自然基因。②酶学方法是用提纯的mRNA作模板，用反转录酶合成与之互补的单链cDNA，然后再合成双链的cRNA。③化学方法是按目的基因的密码，先合成10个左右核苷酸的单链小片段，再配合成双链的目的基因。利用上述方法，已获得了大量微生物、动物和植物的基因，如豌豆、烟草、大豆与光合作用有关的Rubp羧化酶小亚基的基因等。

目的基因和载体连接的方法主要有4种。①粘性末端连接：每种核酸内切酶作用于DNA分子上特定的识别顺序，产生具有粘性末端的两个DNA片段，把所要克隆的DNA和载体DNA用同一种限制酶处理后，再用DNA连接酶处理，即可将它们连接起来。②平整末端连接：经某些内切酶作用后产生平整末端的DNA片段，或用机械剪切的方法获得平整末端的DNA片段，在某些连接酶的作用下，也可以把两个DNA片段连接起来。③同聚末端连接：在脱氧核苷酸转移酶的作用下，在DNA的3′羟基端合成低聚多核苷酸。如把所需的DNA片段接上低聚腺嘌呤核苷酸，而把载体分子接上低聚胸腺嘧啶核苷酸。由于二者之间能够形成互补氢键，同样可以通过DNA连接酶的作用而完成DNA片段和载体间的连接。④人工分子连接：在两个平整末端DNA片段上接上用人工合成的寡聚核苷酸片段，进而可用DNA连接酶把这两个DNA分子连接起来。

常用的有3种方法：①转化同质粒作载体；②转染用噬菌体DNA作载体（不包括外壳蛋白）；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，也可用植物原生质体作受体。对于植物基因工程，也可采用非载体（如花粉、电击穿孔法，注射法等）的方法。

选择

受体细胞是否具有需要的目的基因，一般除利用抗生素的抗性作用初选外，还可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，即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与其杂交，凡经过自显影出现黑斑的即为目的基因。②免疫学法，当一个宿主细胞获得携带有载体上的基因后，细胞中往往即出现这一基因所编码的蛋白质，用免疫学的方法可以检出这种细胞。

表达

正确和充分表达需要使目的基因得到高水平的转绿和翻译。为了使外源基因表达，需要在基因编码顺序的5′端有能被宿主细胞识别的启动基因顺序以及核糖体的结合顺序。使外源基因在宿主细胞中顺利表达的方法有两种：①在形成重组DNA分子时，在载体的启动基因顺序与核糖体结合顺序后面的适当位置上连接外源基因。②将外源基因插入到载体的结构基因中的适当位置上，转录和转译的结果将产生一个融合蛋白。将这种融合蛋白质提纯后，要准确地将两部分分开，才能获得所需要的蛋白质。

在植物育种中，运用基因工程育种，能够克服植物远缘有性杂交中的不亲和性，扩大有利基因的组合范围，甚至可以人工修饰或合成新的基因，更快更好地构建优质、抗逆、高产、稳产或观赏性状优异的新品种和新物种。以前认为只感染双子叶植物的土壤杆菌，现已证明以土壤杆菌Ti质粒为载体，可把DNA转入天门冬属（Asparagus）、吊兰属（Chlorophytum）、水仙属（Narcissus）等单子叶植物中。以前认为必不可少的Ti质粒的边介序列，可用细胞的OriT序列代替，使细胞基因进入植物得以实现，从而为改良植物、培育新品种带来新的希望。目前，通过修饰的Ti质粒将外源基因引入植物细胞并得到表达的例子已有几十个。沙门氏菌抗除草剂基因被成功地引入烟草、番茄、杨树等，并得到了完全的表达。苏芸金毒杀鳞翅目昆虫的基因也已成功地引入烟草，并获得了抗虫能力。但由于对植物的生理、生化、代谢和分子遗传学方面的知识了解不够，故植物基因工程尚处于研究实验阶段。

在理论研究方面，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，而进一步研究其结构和功能。重组DNA技术促进了遗传学、生物化学、微生物学、生物物理学和细胞学等学科的发展，并有利于这些不同学科的相互结合。