基因重组(gene recombination)又称基因重排或交换，是常见的一种生物体变异形式。重组指两个DNA分子间通过断裂和重接、交换或插入DNA片段，从而改变基因的组合和顺序。基因重组最常见的一种形式是同源重组(homologous genet，c recombination)，同源重组是任何具有一段同源序列的两个基因DNA之间的交换。发生同源重组的条件是两个DNA分子之间存在同源序列，与实际的序列次序无关，同源区序列越长，重组发生率越高。DNA分子间遗传物质的重组与交换，改变了双方的DNA碱基序列，是形成新的等位基因的重要机制。研究发现，人类基因组中小卫星、微卫星DNA多态性基因座等位基因形成的主要原因是重组与交换。因为在特定的基因座位置，交换的双方具有高度同源性的核心序列或重复单位序列。重组时发生不等交换的结果形成了以vNrrR为特征的片段长度等位基因。
（一）同源重组的细胞学机制
同源重组发生在减数分裂过程中。减数分裂是一种特殊的细胞分裂，在生殖细胞形成过程中，生殖母细胞连续分裂两次，而染色体DNA仅复制一次，使生殖细胞的染色体数比母细胞减少一半，由2n变为n。经过二次连续的分裂，即第一次减数分裂和第二次减数分裂，一个生殖母细胞形成4个生殖细胞。
第一次减数分裂分为前期、中期、后期和末期。其中前期较长，变化复杂，通常又分五个分期。(1)细线期：染色质开始凝集成细线条状，缠绕成团。(2)偶线期：是同源染色体配对的时期，二条同源染色体两两侧面相靠，形成联会复合体特殊结构。(3)粗线期：同源染色体配对之后，紧密结合，缩短变粗形成粗线条状，称为二价体，每个=价体包含一对同源染色体。由于联会，染色体由2n单价体变成n条二价体。每个同源染色体含有二个相同的染色单体，称姐妹染色单体；二个同源染色体之间的染色单体叫非姐妹染色单体。配对后的一对染色体含有4条染色单体，又称四分体。粗线期同源染色体非姐妹染色体间发生DNA片段交换，产生新的等位基因组合，即重组。此时联会复合体的梯形结构出现重组小节，其直径约90nm，是一种含有多种酶的重组‘机器’，它将二个非姐妹染色单体局部结合在一起，利于发生活跃的重组过程o (4)双线期：联会的二条同源染色体经过重组后开始分离，但是并不分开，在某些点上仍连接在一起，此时可见四分体中出现交叉，这是同源染色体非姐妹染色单体发生交换部位在形态上的表现。交叉点的数量和部位因染色体和细胞的不同而 异。(5)终变期：染色体高度凝集，双线期的交叉点端移。随着交叉点数目减少，核仁消失，染色体散布于细胞核中，形态、数目清楚，第一次减数分裂的前期到此结束。然后，第一次减数分裂经过中、后和末期的变化，最终一个生殖母细胞变成二个次级生殖母细胞。第二次减数分裂同样分为前期，中期，后期和末期，其过程与有丝分裂过程基本相同。生殖母细胞经过二次减数分裘，最后形成4个生殖细胞。
同源染色体的配对是减数分裂的核心，联会复合体的形成给同源染色体非姐妹染色单体间DNA交换与重组提供了一个互相接近的空间构架和基础。从分子水平理解，交换的机理必然包括DNA的断裂和再结合的过程。一旦同源染色体之间形成联会，有关交换的各种酶活性就上升，活性从偶线期开始上升，粗线期达到高峰，在半粗线期末消失。
（二）同源重组的分子机制
同源重组是一个需要众多蛋白质因子参加的复杂过程，以大肠杆菌为例，参于同源重组的蛋白质因子有27种之多，其中最重要的是Rec A和Rec BCD，Rec A蛋白有352个氨基酸残基，在AIP存在下，促使两个发生重组DNA分子发生同源配对，促使同源配对DNA分子之间发生链间交换，还能促使同源互补的单链DNA复性。Rec BCD是一种酶，可使DNA链解旋而启动同源重组，在线性DNA的一端和DNA结合，使用DNA作能量，沿双链螺旋前进，向前解开螺旋，然后在它后面再形成双螺旋链。
同源重组的机制1964年由Holliday提出，用同源重组模型解释同源重组的过程所以称Holliday模型，1975年有人提出了修正。可用Meselson - Radding修正的模型说明同源重组的过程。
