經(jīng)由遺傳工程技術(shù)，透過(guò)人為方式，將外源遺傳基因殖入或?qū)⑻囟ǖ幕蚪M（去氧核糖核酸，DNA）序列刪除或更改的動(dòng)物，均稱基因轉(zhuǎn)殖動(dòng)物。目前將外源基因轉(zhuǎn)殖至動(dòng)物染色體，以產(chǎn)制基因轉(zhuǎn)殖動(dòng)物的方法有數(shù)種，包括原核顯微注射法、胚干細(xì)胞載體法、精子載體法、反轉(zhuǎn)錄病毒感染法及體細(xì)胞核轉(zhuǎn)置法等。其中以顯微注射法應(yīng)用最廣，而體細(xì)胞核轉(zhuǎn)置法最具研究發(fā)展?jié)摿Α?
原核基因顯微注射法
自從一九八○年代起，以原核基因顯微注射法成功產(chǎn)制基因轉(zhuǎn)殖動(dòng)物以來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷地研究創(chuàng)新，證實(shí)此一方法不但有效且具穩(wěn)定性，故已被廣泛應(yīng)用。
使用原核基因顯微注射法的優(yōu)點(diǎn)甚多，包括外源基因在宿主動(dòng)物染色體上的整合效率較高，且被轉(zhuǎn)殖的基因可保有其整套的序列。由此產(chǎn)生的基因轉(zhuǎn)殖動(dòng)物，其所有的組織和細(xì)胞中，被嵌入的外源基因仍可正常地經(jīng)由生殖細(xì)胞系傳承給子代。
然而，應(yīng)用顯微注射法亦有缺點(diǎn)，例如需具備嫻熟靈巧的顯微操作經(jīng)驗(yàn)。以豬胚為例，豬胚因含有許多不透明的脂肪物質(zhì)，需經(jīng)遠(yuǎn)心分離處理，并在顯微鏡下將胚旋轉(zhuǎn)至適當(dāng)角度，顯露其細(xì)胞核后才能注入基因，因此其顯微操作速度緩慢。更重要的是外源基因注入胚原核后，系以隨機(jī)方式嵌入體基因組DNA中，是以原核顯微注射法無(wú)法掌握基因嵌插情形。
具有純熟的顯微注射與胚移置技術(shù)的操作者，進(jìn)行小鼠的基因顯微注射，其外源基因整合成功的機(jī)率約為24～31％。
反轉(zhuǎn)錄病毒感染法
此法的原理乃是利用反轉(zhuǎn)錄病毒具有感染宿主細(xì)胞，并將其DNA嵌入細(xì)胞染色體DNA中的能力。當(dāng)反轉(zhuǎn)錄病毒侵入細(xì)胞后，反轉(zhuǎn)錄病毒的單股RNA鏈即反轉(zhuǎn)錄為雙股的DNA，進(jìn)而嵌入DNA中成為前驅(qū)病毒，前驅(qū)病毒可以整合到宿主染色體中任意位置。
本法的主要步驟系將選殖的基因，先行嵌入一適當(dāng)?shù)姆崔D(zhuǎn)錄病毒載體，然后再將此等帶有該選殖基因的反轉(zhuǎn)錄病毒載體，與透明帶已被移除的4～8細(xì)胞階段胚，在體外共同培養(yǎng)16～24小時(shí)，以便將外源基因帶入胚的基因組中。
本法的最大優(yōu)點(diǎn)乃一次可同時(shí)處理數(shù)目眾多的胚，且只要實(shí)驗(yàn)室中具備反轉(zhuǎn)錄病毒操作經(jīng)驗(yàn)者，即可輕易完成。惟其最大缺點(diǎn)在于常會(huì)產(chǎn)生鑲嵌體的后代，且所產(chǎn)生的基因轉(zhuǎn)殖仔鼠，其外源基因在生殖細(xì)胞系中被傳承之比率，較利用顯微注射法產(chǎn)制者為低。
利用反轉(zhuǎn)錄病毒法針對(duì)哺乳動(dòng)物做基因轉(zhuǎn)殖，在一九九八年即有成功的先例。利用體外經(jīng)16～17小時(shí)培養(yǎng)的成熟牛卵母細(xì)胞，以顯微注射方式將反轉(zhuǎn)錄病毒顆粒注入卵黃膜間隙，經(jīng)感染后，再繼續(xù)其體外成熟及受精培養(yǎng)。體外受精后的早期胚培養(yǎng)至囊胚期階段，再移置于受胚牛的子宮中，結(jié)果順利生下四頭小牛。經(jīng)分析證實(shí)四頭小牛均為基因轉(zhuǎn)殖動(dòng)物，出生動(dòng)物的轉(zhuǎn)殖效率達(dá)100％。
胚干細(xì)胞法
胚干細(xì)胞系源自囊胚期之內(nèi)細(xì)胞群細(xì)胞，經(jīng)體外株化后所建立的細(xì)胞系，此類細(xì)胞具全能性分化能力或多分化潛能。當(dāng)株化后的胚干細(xì)胞或內(nèi)細(xì)胞群的細(xì)胞團(tuán)注入早期囊胚腔后，可與宿主的內(nèi)細(xì)胞群發(fā)生嵌合，并參與宿主細(xì)胞的分化，發(fā)育成胚體的各部組織。設(shè)若此等注入的胚干細(xì)胞，能成功地參與性腺分化，則可成為生殖細(xì)胞系的成員，使此等源自胚干細(xì)胞的遺傳物質(zhì)得以傳承至其后裔。
目前已有多種外源基因轉(zhuǎn)殖至胚干細(xì)胞的方法可供選擇，例如化學(xué)藥劑誘導(dǎo)法、生物媒介法及物理或機(jī)械處理法，藉此產(chǎn)生嵌合胚。經(jīng)由此等嵌合胚所產(chǎn)生的嵌合體動(dòng)物，經(jīng)過(guò)回交配種后，可獲得真正的基因轉(zhuǎn)殖動(dòng)物。
應(yīng)用胚干細(xì)胞融合法進(jìn)行基因轉(zhuǎn)殖的基本前提，首需建立有效的胚干細(xì)胞系，且此等干細(xì)胞在生殖細(xì)胞系中亦需具有高傳承率。目前為止，在小鼠方面已成功建立許多良好的胚干細(xì)胞系，且已用之多年；然而，源自家畜胚的干細(xì)胞，則仍未能有效建立。在應(yīng)用胚干細(xì)胞進(jìn)行基因定位或剔除時(shí)，可將外源基因以同源重組的方式，植入胚干細(xì)胞的基因組內(nèi)，再依前述方法注入囊胚腔中；或配合先行育成具組織專一性的基因轉(zhuǎn)殖動(dòng)物，再將其與該指定位置基因轉(zhuǎn)殖動(dòng)物配種，以生產(chǎn)組織專一性基因轉(zhuǎn)殖及剔除的動(dòng)物。
精子載體法
本法于一九八九年，由意大利科學(xué)家勒維特雷諾（Marialuisa Lavitrano）開創(chuàng)成功。他先將小鼠精子與外源基因于體外共同培養(yǎng)，令該外源基因與精子相結(jié)合后，再以此等帶有外源基因的精子，進(jìn)行體外受精，將外源基因成功帶入受精卵的基因組中。
一九九九年，斐瑞（Anthony Perry）利用小鼠卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)單一精子注射技術(shù)，證實(shí)了外源基因可藉由精子頭部作為載體，達(dá)到基因轉(zhuǎn)殖的目的。最近，在魚、小鼠、豬和牛的身上，亦陸續(xù)用精子載體法，成功產(chǎn)下基因轉(zhuǎn)殖子代。
體細(xì)胞核轉(zhuǎn)置法
早期克隆同源家畜個(gè)體的研究，偏重于以胚葉細(xì)胞當(dāng)供核者的核轉(zhuǎn)置技術(shù)，然而欲獲得為數(shù)眾多的同源個(gè)體仍有其限制。近年來(lái)，為加速畜群的遺傳改進(jìn)及提高家畜生產(chǎn)效益，胚的無(wú)性增殖及基因轉(zhuǎn)殖技術(shù)漸受重視。
一九九七年，威瑪特（Ian Wilmut）將成年綿羊的乳腺上皮細(xì)胞，以逐漸降低培養(yǎng)液中血清含量的方式，將供核細(xì)胞之細(xì)胞周期回歸至G0期后，成功獲得核轉(zhuǎn)置羔綿羊——桃麗。因此，已分化的細(xì)胞核，亦可經(jīng)由卵母細(xì)胞的孕育而調(diào)控至分化前的狀態(tài)，此創(chuàng)舉突破了家畜體細(xì)胞核轉(zhuǎn)置及基因剔除技術(shù)的研究瓶頸。
體細(xì)胞核轉(zhuǎn)置技術(shù)，一般除應(yīng)用于克隆人類所需的特殊種源動(dòng)物外，在畜產(chǎn)上也可用以克隆相同遺傳背景的高產(chǎn)性能家畜。若進(jìn)一步配合分子生物學(xué)及遺傳工程技術(shù)，將可取代原核顯微注射技術(shù)及胚干細(xì)胞法，生產(chǎn)基因轉(zhuǎn)殖動(dòng)物。
一九九七年許尼克（Angelika Schnieke）等人首先在體細(xì)胞核轉(zhuǎn)置技術(shù)結(jié)合分子生物學(xué)及遺傳工程技術(shù)方面有了突破性的發(fā)展。他先在體外進(jìn)行綿羊胎兒纖維母細(xì)胞的初代培養(yǎng)，再將綿羊β乳球蛋白激活子與人類第九凝血因子和抗新霉素基因構(gòu)筑成的融合基因，轉(zhuǎn)染送入胎兒成纖維母細(xì)胞中，同時(shí)在體外培養(yǎng)期間以新霉素篩選，挑選出帶有外源基因的細(xì)胞作為供核細(xì)胞，配合血清饑餓法調(diào)控，進(jìn)行核轉(zhuǎn)置動(dòng)物的產(chǎn)制。
結(jié)果在五頭出生存活的仔綿羊中，經(jīng)DNA分析證實(shí)五只皆帶有該外源基因，基因轉(zhuǎn)殖的效率達(dá)到100％；相較于以原核顯微注射法產(chǎn)制基因轉(zhuǎn)殖羊的效率（4.35％）高出了許多。使用未經(jīng)血清饑餓法調(diào)控細(xì)胞周期的胎牛成纖維母細(xì)胞當(dāng)作供核細(xì)胞，配合細(xì)胞轉(zhuǎn)染技術(shù)，也成功地產(chǎn)下基因轉(zhuǎn)殖犢牛和山羊。
以供核體細(xì)胞株為載體進(jìn)行家畜的基因轉(zhuǎn)殖，若先在體外進(jìn)行基因轉(zhuǎn)殖后的細(xì)胞篩選，則能有效提升產(chǎn)制效率，未來(lái)將可利用此法進(jìn)行基因定位及剔除的工作，有助于做最適當(dāng)?shù)幕蛘{(diào)控。