相同組換え
ヘテロ接合性消失は2つのアレルのうちの1つが失われることを意味する。失われたアレルがRbなどのがん抑制遺伝子のものである場合、ヘテロ接合性消失によってがんが引き起こされる可能性がある。
相同組換えの頻度の低下によってDNA修復が非効率なものとなり、こちらでもがんが引き起こされる可能性がある。2つの類似したがん抑制遺伝子であるBRCA1とBRCA2の機能不全はこのケースであり、乳がんと卵巣がんのリスクの大幅な増大と関連付けられている。BRCA1とBRCA2を欠損した細胞では相同組換えの頻度の低下と電離放射線に対する感受性の増加がみられ、相同組換えの減少ががんに対する感受性の増加につながっていることが示唆される。BRCA2の唯一の既知の機能は相同組換えの開始の補助であるため、乳がんや卵巣がんの原因の理解には、相同組換えにおけるBRCA2の役割に関するより詳細な知見が重要であると考えられている。
BRCAの異常など、相同組換えに異常がみられる腫瘍は、HRD陽性(homologous recombination deficiency (HRD)-positive)と記載される。
1900年代初頭、ウィリアム・ベイトソンとレジナルド・パネット(英語版)は、グレゴール・メンデルが1860年代に記した遺伝法則の1つに例外が存在することを発見した。ベイトソンとパネットは、形質が親から子へ受け継がれる際に各形質は独立して分配される(独立の法則、例えばネコの毛色と尾の長さは互いに独立して遺伝する)としていたメンデルの考えとは異なり、身体的形質と関係した複数の遺伝子は共に遺伝する(遺伝的連鎖)ことを示した。1911年トーマス・ハント・モーガンは、通常連鎖して遺伝する形質も時には個別に遺伝することがあることを観察し、こうした現象は連鎖した遺伝子間で乗換え(crossover)、すなわち連鎖した遺伝子うちの1つが物理的に異なる染色体へ乗り換えることによって起きていると示唆した。20年後にバーバラ・マクリントックとハリエット・クレイトン(英語版)は、精子や卵細胞が形成される細胞分裂過程である減数分裂の際に染色体乗換えが起こることを実際に示した。マクリントックの発見と同じ年にカート・スターン(英語版)は、白血球や皮膚細胞といった、有糸分裂を行う体細胞でも乗換えが起こることを示し、この現象は後に組換え(recombination)と呼ばれるようになった。
相同組換えは、水平伝播によって供与側のDNAを受容側の生物のゲノムへ組み込む重要な手法である。遺伝子の水平伝播は、他の生物種の子孫となることなく、その生物種由来の外来DNAを取り込む過程である。相同組換えが起こるためには移入されるDNAが受容側のゲノムと高度に類似している必要があり、そのため通常は遺伝子の水平伝播が起こるのは類似した細菌間に限られている。いくつかの細菌種での研究では、供与側と受容側のDNA配列の差異が増加するにしたがって組換え頻度は対数的に減少することが示されている。
細菌間の直接的な細胞間接触によってDNAが伝達される接合においては、相同組換えはRecBCD経路を介して外来DNAの宿主ゲノムへの組み込みを助ける。RecBCD酵素は、DNAが細菌への移行時の形態である一本鎖から複製によって二本鎖へ変換された後に組換えを促進する。RecBCD経路は、DNAがある細菌から他の細菌へウイルスを介して伝達される形質導入の最終段階にも必要不可欠である。バクテリオファージの複製時にDNAが新たなウイルスへ詰め込まれる際、時々誤って細菌のDNAがバクテリオファージの頭部キャプシドに取り込まれる。こうしたバクテリオファージが他の細菌に感染すると、以前の宿主に由来するDNAが二本鎖DNAとして新たな宿主へ注入される。その後、RecBCD酵素はこの二本鎖DNAを新たな宿主細菌のゲノムへ組み込む。
組換えに適した構造的サブユニットの同定には、SCHEMA(英語版)やstatistical coupling analysisといった計算的手法が利用される。
相同組換えを利用した技術は、新たなタンパク質のエンジニアリングにも利用されている。2007年に発表された研究では、イソプレノイドの生合成に関与する2つの酵素のキメラを創出することに成功した。イソプレノイドは、ホルモン、視色素、ある種のフェロモンなどを含む多様な分類群であり、イソプレノイドの生合成は自然界で最も多様な生合成経路の1つである。キメラタンパク質は、元のタンパク質には存在しない、イソプレノイド生合成に必須の反応を触媒する能力を獲得した。ヒトで薬剤、食品添加物、保存料などの外来化合物の解毒に関与しているシトクロムP450ファミリーのメンバーに対し新たな機能を付加したキメラ酵素も、組換えを用いたタンパク工学によって生産されている。