DNA重組

DNA重組（DNA recombination）實質上指的是遺傳重組（genetic recombination），也稱為遺傳改組（genetic reshuffling），是指兩個不同姐妹染色體間遺傳物質的交換。DNA重組導致後代產生不同於任一親本的新性狀。真核生物減數分裂期間的DNA重組產生新的遺傳信息，並可以從父母傳給後代。大多數DNA重組是天然存在的。

真核生物減數分裂過程中的DNA重組涉及同源染色體的配對和隨後的染色體之間的信息交換。信息交換可以通過複製完成，也可以通過DNA鏈的斷裂和修復完成。在減數分裂和有絲分裂中，重組發生在相似的DNA分子（同源序列）之間。在減數分裂中，非姐妹同源染色體彼此配對，造成非姐妹同源物之間的DNA重組。在減數分裂細胞和有絲分裂細胞中，同源染色體之間的重組是DNA修復常用的機制。

基因轉換 - 同源序列的複製過程，也屬於DNA重組。

DNA重組和重組DNA的修復也發生在無性繁殖的細菌和古細菌中。

可以在實驗室（體外）環境中人工誘導DNA重組，產生用於疫苗開發的重組DNA。

遺傳重組由許多不同的酶催化。重組酶是DNA重組過程中催化鏈轉移步驟的關鍵酶。 RecA是在大腸桿菌中發現的主要重組酶，負責修復DNA雙鏈斷裂（DSBs）。在酵母和其它真核生物中，修復DSB需要兩種重組酶。 RAD51蛋白是有絲分裂和減數分裂重組所必需的，而DNA修復蛋白DMC1對減數分裂重組具有特異性。在古細菌中，細菌RecA蛋白的直向同源物是RadA。

真核生物中染色體交換促進了減數分裂過程中的DNA重組。交換過程導致後代具有與其親本不同的基因組合，並且偶爾可以產生新的嵌合等位基因。由DNA重組引起的基因改組增加了遺傳變異。

染色體交叉涉及從父母遺傳的配對染色體之間的重組，通常在減數分裂過程中發生。在前期I（粗線期）期間，四種染色單體彼此緊密聚集，兩個配對染色單體上的同源位點可以彼此緊密配對，並可以交換遺傳信息 ^[1]  。因為重組可以在染色體的任何位置以小概率發生，所以兩個位點之間的重組頻率取決於它們之間的距離。因此，對於在同一染色體上足夠遠的基因，交換量足以破壞等位基因之間的相關性。

在基因轉換中，一條染色體上部分遺傳物質被複制到另一條染色體，而提供這部分遺傳物質的染色體序列並沒有被改變。在減數分裂DNA重組發生位點，基因轉換高頻率發生。通常在真菌雜交中研究基因轉化 ^[2]  ，其中可以方便地觀察到單個減數分裂的4種產物。

非同源重組指的是發生在不含同源序列的DNA序列間的重組。這可能導致染色體易位 ^[3]  ，有時會導致癌症。

基因工程中的DNA重組指的是人為地將來自不同的生物體的DNA片段進行重組，產生所謂的重組DNA。基因工程可用於添加、刪除或以其它方式改變生物體的基因，主要用於生物醫學研究，研究特定基因的功能。基因工程也廣泛應用於轉基因生物特別是轉基因植物和轉基因動物及轉基因微生物新品種的培育。基於基因工程的技術也應用於蛋白質工程，以開發具有生物學意義的新蛋白質。

有絲分裂和減數分裂期間由各種外源因子（例如紫外線，X射線，化學交聯劑）引起的DNA損傷都可以通過同源重組修復機制（HRR）來修復 ^[4]  。

人類和齧齒動物中減數分裂期間HRR所必需的基因產物的缺陷會導致不育 ^[4]  。人類HRR所必需的基因產物（例如BRCA1和BRCA2）的缺陷同時會增加患癌症的風險。在細菌中，轉化是外源基因導入的過程。轉化涉及通過重組將供體DNA整合到受體染色體中，這個過程也是通過HRR修復完成的 ^[5]  。

當兩種或多種病毒（每種病毒都含有致命的基因組損傷）感染相同的宿主細胞時，病毒基因組通常可以相互配對並經歷HRR以產生正常的後代。這一過程稱為多重再活化。

在減數分裂早期出現的四種染色單體中的兩種（前期I）彼此配對並且能夠相互作用。重組由雙鏈斷裂引發。其它類型的DNA損傷也可能引發重組。例如，交聯劑如絲裂黴素C引起鏈間交聯可以通過HRR修復，引發重組。

重組產物有兩種：染色體側翼區域被交換的“交叉”（CO）型和染色體側翼區域未被交換的“非交叉”（NCO）產物。CO型重組通過DHJ途徑形成兩個“Holliday junctions”，每個junction中兩個參與的染色單體之間都存在單鏈交換。NCO重組體通過稱為“合成依賴性鏈退火”（SDSA）的方法產生。 NCO / SDSA類型的重組事件似乎比CO / DHJ類型更常見 ^[4]  。