同源重組（Homologus Recombination) 是指發生在非姐妹染色單體（sister chromatin) 之間或同一染色體上含有同源序列的DNA分子之間或分子之內的重新組合。同源重組需要一系列的蛋白質催化，如原核生物細胞內的RecA、RecBCD、RecF、RecO、RecR等；以及真核生物細胞內的Rad51、Mre11-Rad50等等。同源重組反應通常根據交叉分子或holiday結構（Holiday Juncture Structure) 的形成和拆分分為三個階段，即前聯會體階段、聯會體形成和Holiday 結構的拆分。同源重組反應嚴格依賴DNA分子之間的同源性，100%重組的DNA分子之間的重組常見於姐妹染色體之間的同源重組，稱為Homologous Recombination，而小於100%同源性的DNA分子之間或分子之內的重組，則被稱為Hemologus Recombination。後者可被負責鹼基錯配對的蛋白如原核細胞內的MutS 或真核生物細胞內的MSH2-3等蛋白質「編輯」。同源重組可以雙向交換DNA分子，也可以單向轉移DNA分子，後者又被稱為基因轉換（Gene Conversion)。由於同源重組嚴格依賴分子之間的同源性，因此，原核生物的同源重組通常發生在DNA複製過程中，而真核生物的同源重組則常見於細胞周期的S期之後。
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