DNA也叫脱氧核糖核酸，是染色体的主要化学成分，同样也是由基因组成的，有时被称为“遗传微粒”。DNA是一种分子，可组成遗传指令，以引导生物发育与生命机能运作。主要功能是长期储存生命信息，因此被喻为“蓝图”。其中包含的信息，是组建细胞内其他的化合物——如蛋白质与RNA必要的。带有遗传讯息的DNA片段称为基因，其他的DNA序列，有些直接以自身构造发挥作用，有些则参与调控遗传讯息的表现。
在繁殖过程中，父代把它们自己DNA的一部分复制传递到子代中，从而完成生物性状的传播。因此，遗传的功能主要由DNA承担。
一般的原核细胞的拟核是一个长DNA分子。真核细胞核中通常含有一个或两个DNA，不过它们一般都比原核细胞中的DNA分子大而且和蛋白质结合在一起。DNA分子的功能是贮存决定物种性状的几乎所有蛋白质和RNA分子的全部遗传信息；编码和设计生物有机体在一定的时空中有序地转录基因和表达蛋白，完成定向发育的所有程序；初步确定了生物独有的性状和个性以及和环境相互作用时所有的应激反应。除了染色体中的DNA外，有极少量结构不同的DNA存在于真核细胞的线粒体和叶绿体中。DNA病毒的遗传物质也是DNA，极少数为RNA。
1.DNA的结构和组成
自从认识到DNA对遗传的作用，人们就急切地想要知道是什么组成了这种神奇的物质。从20世纪30年代，科学家就已经着手分析核酸的化学组成，并认识到DNA是由脱氧核苷酸的单体而成的聚合体。而每一种脱氧核苷酸又是由三个部分所组成：碱基，五碳糖，磷酸。其中碱基共有4种；两种嘌呤碱基A（腺嘌呤）、G（鸟嘌呤），两种嘧啶碱基T（胸腺脱氧核苷酸）C（胞嘧啶脱氧核苷酸），它们分别连接着一个五碳糖，五碳糖的另一端与磷酸相连形成四种核苷酸。DNA长链就是由这四种核苷酸组成的。它以一个核甘酸的五碳酸的5—氨基通过磷脂建和相邻核苷酸的3—氨基链接而形成的长链作为骨架。经过科学家观察，发现DNA是由许多次级单位的堆积层组成的，这些亚单位排列成为有规律的螺旋几何形式。美国生物学家沃森和英国物理学家克里克通过不断地研究，终于在1953年提出了著名的DNA双螺旋结构模型，并以此成就获得了1962年诺贝尔医学奖。
DNA双螺旋结构模型除了说明遗传物质的主要结构特征外，还可以进行自我复制。当复制时，DNA的两条链分离，每条链以自身为模版，以生物体内游离的脱氧核苷酸为原料，在一系列酶的作用下，按照碱基互补配对原则组成相应的补链。这样，生成的两条DNA分子就和原先的两条DNA链完全一样。
2.DNA的克隆
DNA的克隆是指在体外将含有目的基因或其他有意义的DNA片段同能够自我复制的载体DNA连接，然后将其转入宿主细胞或受体生物进行表达或进一步研究的分子操作的过程，因此DNA克隆又被称为分子克隆。简单来说，目的基因就是你要复印的文字，而载有目的基因的DNA片段，就如同写上字的A4纸，而能自我复制的载体DNA如同一台复印机。
DNA克隆包括一系列的分子生物学技术，如目的DNA片段的获得、载体的选择、各种工具酶的选用、体外重组、导入宿主细胞技术和重组子筛选技术等等。
（1）目的DNA片段的获得
DNA克隆的第一步是获得包含目的基因在内的一群DNA分子，也就是弄清楚要写在纸上的文字，这些DNA分子或来自于目的生物基因组DNA，或来自目的细胞mRNA逆转录合成的双链cDNA分子。由于基因组DNA较大，不利于克隆，因此有必要将其处理成适合克隆的DNA小片段，常用的方法有机械切割和核酸限制性内切酶消化，通俗的说就是如果你准备的文字太多，那就想办法删掉一些。若是基因序列已知而且比较小就可用人工化学直接合成。如果基因的两端部分序列已知，根据已知序列设计引物，从基因组DNA或cDNA中通过PCR技术可以获得目的基因。
（2）载体的选择
DNA克隆所需的载体应具有以下基本的特性：①在宿主细胞中能够进行独立的复制和表达，这样才能使外源重组的DNA片段得以扩增；②分子量尽可能要小，这样有利于在宿主细胞中有较多的拷贝，从而便于结合更大的外源DNA片段。同时在实验操作中也不易被机械剪切而遭到破坏；③载体分子中最好具有两个以上的容易检测的遗传标记（如抗药性标记基因），来赋予宿主细胞的不同表型特征（如对抗生素的抗性）；④载体最好有尽可能多的限制酶单一切点，从而为避开外源DNA片段中限制酶位点的干扰提供更大的选择范围。若载体上的单一酶切位点位于检测表型的标记基因之内，可造成插入失活效应，这样更有利于重组子的筛选。
科学家进行DNA克隆时最常用的载体有：质粒载体，噬菌体载体，柯斯质粒载体，单链DNA噬菌体载体，噬粒载体及酵母人工染色体等。一般来说，根据载体的使用目的，可以分为克隆载体，表达载体，测序载体，穿梭载体等。
（3）体外重组
体外重组即体外将目的片断和载体分子连接的过程，就像把文章写在纸上准备复印一样。大多数核酸限制性内切酶能够切割DNA分子形成有粘性末端，用同一种酶或同尾酶切割适当载体的多克隆位点便可获得相同的粘性末端，粘性末端彼此分离，通过T4DNA连接酶的作用便可形成重组体，此为粘末端连接。当目的DNA片断为平端，可以直接与带有平端载体相连，此为平末端连接，但连接效率比粘端相连差些。如果有不同的克隆目标，如将平端DNA分子插入到带有粘末端的表达载体实现表达时，则要将平端DNA分子通过一些修饰，如同聚物加尾，加衔接物或人工接头，PCR法引入酶切位点等，就可以获得相应的粘末端，然后进行连接，此为修饰粘末端连接。
（4）导入受体细胞
载体DNA分子上具有能被原核宿主细胞识别的复制起始位点，因此可以在原核细胞如大肠杆菌中复制，重组载体中的目的基因随同载体一起被复制，最终获得大量统一的重组DNA分子。
将外源重组DNA分子导入原核宿主细胞的方法有转化、转染、转导。重组质粒通过转化技术可以导入到宿主细胞中，同样，重组噬菌体DNA可以利用转染技术植入。转染效率很低，因此将重组噬菌体DNA或柯斯质粒体外包装成有浸染性的噬菌体颗粒，借助这些噬菌体颗粒将重组DNA分子导入到宿主细胞即转导技术，这种转导技术的导入效率有很大的提高。
（5）重组子的筛选
从不同的重组DNA分子中获得的转化子中鉴定出含有目的基因的转化子即阳性克隆的过程就是筛选，我们把含有重组DNA分子的转化细胞称为重组子。目前发展起来的成熟筛选方法如下：
①插入失活法
外源DNA片段插入到位于筛选标记基因（抗生素基因或β-半乳糖苷酶基因）的多克隆位点后，会造成标记基因失去活性，表现出转化子相应的抗生素抗性消失或转化子颜色改变，通过这些可以初步鉴定出转化子是重组子或非重组子。目前常用的是β-半乳糖苷酶显色法即蓝白筛选法。
②PCR筛选和限制酶酶切法
提取转化子中的重组DNA分子作模板，根据目的基因已知的两端序列设计特异引物，通过PCR技术筛选阳性克隆。PCR法筛选出的阳性克隆，用限制性内切酶酶切法进一步鉴定插入片段的大小。
③核酸分子杂交法
制备目的基因特异的核酸探针，通过核酸分子杂交法从众多的转化子中筛选目的基因。目的基因特异的核酸探针可以是已获得的部分目的基因的片段，或目的基因表达蛋白的部分序列反推得到的一群寡聚核苷酸，或其他物种的同源基因。
④免疫学筛选法
获得目的基因表达的蛋白抗体，就可以采用免疫学筛选法获得目的基因克隆。这些抗体既可以是从生物本身纯化出目的基因表达蛋白抗体，也可从目的基因部分ORF片段克隆在表达载体中获得表达蛋白的抗体。
上述方法获得的阳性克隆最后要进行测序分析，以最终确认目的基因。