1952年，美國的生物科學家Joshua Lederberg第一次引進了質粒（plasmid）這一術語，用來表示染色體以外的基因物質。質粒是雙鏈DNA片段，能夠自我複製，並且通常攜帶基因[1]。20世紀70年代，隨著限制性內切酶，DNA連接酶，凝膠電泳的發現與發展，質粒漸漸變成了分子生物學領域的重要工具，質粒也漸漸的開始被稱為載體（vector）。利用質粒，科學家們不但可以很容易的操作並且研究基因，還可以利用質粒表達生產各種蛋白質。
今天科學家們所使用的質粒有各種各樣的尺寸，功能也是多種多樣。對於一個質粒，最簡單的形式應該包括一個複製起始位點，一個抗性基因，至少一個酶切位點。這些元件可以保證質粒在細菌內的擴增，同時允許攜帶質粒的細菌從從不含質粒的細菌中進行分離。另外，限制酶切位點允許能夠將DNA片段插入到質粒中。下面我們來看一下質粒中常見的一些元件[2]。
複製起始位點（Origin of replication，ORI）
ORI是一段DNA序列，質粒複製的起始位置。DNA解螺旋酶可以作用於這段序列，然後DNA的雙鏈被分開，複製隨即開始。質粒必須是能夠複製的，否則隨著細菌的生長，質粒的數量將會被迅速稀釋。
抗生素抗性基因
抗生素抗性基因的存在有兩個作用。質粒轉化過程的效率其實是非常低的，平均10000個細胞中只有一個可以轉化成功。如果沒有一個快速的篩選手段，從10000個細胞中找到這一個，是要把人累死的。因此，抗生素抗性基因存在的第一個作用就是，快速篩選。在含有抗生素的培養基中培養細菌，能夠生長的就是含有目的質粒，因為，不含質粒的細菌已經被“殺死”了。
另外，我們需要認識到一個事實，從細菌的角度來看，質粒的存在是不利的，因為細菌不得不消耗更多的資源來進行外來質粒的複製，所以轉化成功的質粒有可能會丟失掉。抗性基因的另一個作用就是不斷給轉化成功的細菌施加壓力，必須要攜帶質粒，否則就不能夠在含有抗生素的培養基中生存，因此在培養轉化成功的菌體時，不要忘了添加抗生素哦。
多克隆位點（multiple cloning site, MCS）
這是一段短DNA片段，包括多個限制性酶切的單一位點，便於外源基因的插入。一般來說，外源DNA片段越長，越難插入，越不穩定，轉化效率越低。在表達型質粒中，MCS常處於啟動子的後面。
啟動子
啟動子是能夠使基因進行轉錄的一段DNA序列。啟動子可以被RNA聚合酶辨別，並開始轉錄。啟動子常位於目的基因上游100-1000bp位置處，是質粒非常重要的一個元件，它決定著目的基因可以在何種細胞中進行表達，也決定蛋白質的表達量。
RNA聚合酶催化DNA轉錄成RNA。在細菌中，只存在一種RNA聚合酶。然而，真核生物中則有RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚合酶Ⅲ三種不同酶，分別催化不同種類型RNA的合成，而且不同的酶識別不同的啟動子。這就意味著，質粒上的啟動子類型必須與目標RNA相互對應。如果為了基因表達，我們需要mRNA，那麼質粒上就要有RNA聚合酶Ⅱ啟動子。啟動子也需要與宿主細胞類型相互對應，細菌啟動子與真核啟動子不可互用。
啟動子還分不同的類型，有些啟動子可以一直工作，而有些啟動子是需要進行調控的。另外，啟動子有強弱的區分，這會直接影響蛋白質的表達量。篇幅有限，我們只簡單介紹。組成型啟動子（constitutive promoter）就是一直工作的啟動子，這類啟動子用於組成型蛋白質的持續表達，不受時期、部分、環境的影響，這類啟動子一般比較弱。誘導型啟動子通常比較強，這類啟動子受到外界條件誘導後開始工作。啟動子的強弱主要跟其與RNA聚合酶相互作用的強弱或者RNA聚合酶量的多少有關係。強啟動子常常直接或間接影響著RNA聚合酶的產量。
引物結合位點
一小段DNA片段，用來進行質粒的PCR擴增或者測序。
選擇標記
抗生素抗性基因主要是細菌內質粒的篩選標記。對於其他的細胞類型，有些質粒上還會含有其他的選擇標記。比如酵母中常用的營養缺陷篩選（auxotrophic selection）。營養缺陷型指的是生物不能夠自主合成某種生長必需的有機化合物，這些生物能夠在含有這種特殊化合物的培養基中生長，但在缺少這種化合物時不能生長。對於營養缺陷型的菌株，配合使用與之相對應的質粒，質粒中有能夠合成這一物質的基因，含有質粒的菌株可以在缺少成分的培養基中生長，不含質粒的菌株則不會生長。
