质粒的类型和元件构成
Joshua Lederberg和W.Hayes的实验室在20世纪50年代发现存在质粒的遗传学证据，这些细胞核外的物质可以自我复制，Lederberg据此提出“质粒”这一术语。整个质粒生物学就是建立在对大肠埃希菌F质粒、F′衍生质粒、R质粒、Col质粒和金黄色葡萄球菌中含青霉素酶基因的质粒遗传学研究分析的基础上。
重组DNA技术中使用的细菌质粒主要是共价闭合的双链环状DNA，但并不是所有质粒都是环状，研究发现线性质粒广泛存在于不同的放线菌、分枝杆菌、红球菌属中。质粒上携带有很多编码基因，这些基因可独立于染色体DNA 进行自主复制。尽管在古细菌和真核生物中也发现有质粒存在，但质粒主要在细菌中起着至关重要的作用，因为质粒可以通过水平基因转移（horizontal gene transfer）的机制从一种细菌转移到另一种细菌细胞内，从而对另一种细菌产生影响。如通过转移将一种细菌中的抗生素抗性基因转移到另一种细菌细胞内，这就是临床上广泛发生抗生素抗性产生的遗传学原因。在细菌细胞染色体DNA 进行复制并分裂时，质粒也进行复制并分配到子代细胞中。
1.质粒的构成元件 重组DNA 技术中使用的质粒都是经过生物学家优化的工程质粒，也称载体（vector）。大多可以在大肠埃希菌中复制扩增，长度大多在3 000～20 000 bp，易于进行DNA重组操作。典型的质粒上包含复制最必需的元件，一般包括复制起点（origin of replication，ori）序列、抗生素抗性基因（antibiotic resistance gene）、可将外源DNA 片段插入其中的多克隆位点（multiple cloning site，MCS）、启动子区域（promoter region）、选择性标记基因（selectable marker）、引物结合位点（primer binding site）等（图12-2）。
图12-2 质粒的一般结构
（1）复制起点：指质粒上用来结合细菌内的大分子复制机器、启动质粒复制扩增的特定序列。
（2）抗生素抗性基因：可通过抗生素筛选出包含重组质粒的受体大肠埃希菌细胞，常用的有抗氨苄青霉素的β-内酰胺酶基因和抗卡纳霉素的氨基磷酸转移酶基因。
（3）多克隆位点：是一段短的包含有若干限制性核酸酶切位点的序列，将感兴趣的特定基因序列插入到两个酶切位点中间，形成一个重组DNA序列。
（4）启动子区域：即募集转录分子、启动其后的目的基因表达的序列。不同的受体细胞中需要不同的启动子序列，常见的在真核细胞中启动基因表达的启动子包括EF1a、SV40、CMV、U6、TRE、CAG、PGK1等，可在原核细胞中启动基因表达的启动子包括T7、Sp6、lac、T3等。(https://www.daowen.com)
（5）选择性标记基因：除在细菌中常用的抗生素抗性基因之外，在哺乳动物细胞等系统中常用的选择性标记基因还包括四环素、氯霉素、遗传霉素等。
（6）引物结合位点：通常是DNA上一段短的DNA序列，可使用与这一段序列完全配对的引物来进行PCR扩增反应，扩增出的序列通常用来测序以验证外源基因序列是否正确。
2.质粒的类型
（1）克隆质粒（cloning plasmids）：主要是用来克隆和在大肠埃希菌中扩增DNA片段，一般质粒结构简单，仅仅包含一个抗生素抗性基因、复制起点和多克隆位点。如果目的基因序列需要进行表达研究的话，还需要通过亚克隆的方式将DNA片段克隆到特定的表达质粒上。
（2）表达质粒（expression plasmids）：主要用来在目的细胞（如哺乳动物细胞、酵母、植物、细菌）中进行基因表达，以便研究基因产物（RNA或蛋白质）功能。表达载体必须包含有特定启动子序列、转录终止序列和插入的外源基因序列。
（3）基因敲低质粒（gene knock-down plasmids）：主要用来降低目的细胞中的某个内源基因的表达水平，以便研究其功能。最常用的就是包含有针对某mRNA序列的shRNA基因敲低质粒。
（4）基因工程质粒（genome engineering plasmids）：目前最常见的是CRISPR／Cas9质粒系统，主要用来在体外或体内靶向某一基因序列、实现基因组编辑的目的。
（5）报告基因质粒（reporter plasmids）：主要用来研究基因的某一特定序列元件（如启动子序列、增强子序列等、5′UTR、3′UTR等）的功能，这类质粒通常包括一个报告基因，如荧光素酶基因（luciferase）和绿色荧光蛋白基因（green fluorescent protein，GFP）。在实验中测定这一报告基因的活性来反映特定实验条件下某一基因序列元件的活性程度。
（6）病毒质粒（viral plasmids）：这类质粒通常含有经过改造的病毒基因序列，可将表达质粒和病毒质粒共同转染到工具细胞中，产生含有目的基因序列的高浓度病毒颗粒。然后再使用这些病毒感染目的细胞、高效率地介导目的序列整合到基因组中，实现目的序列稳定的表达、敲低或敲除。常见的病毒质粒包括慢病毒质粒（lentiviral plasmids）、逆转录病毒质粒（retroviral plasmids）、腺病毒质粒（adenoviral plasmids）和腺相关病毒质粒（adeno-associated virus plasmids）等。