分子生物学の研究室では、DNAの切断と結合が行われます。切断は制限酵素によって行われ、結合はリガーゼによって行われます。リガーゼは、DNA断片の3'ヒドロキシル末端と別のDNA断片の5'リン酸末端との間にホスホジエステル結合を形成することで、DNA断片同士を結合させる酵素です。リガーゼがなければ、遺伝子クローニングは不可能です。

リガーゼは細胞内でも不可欠な役割を果たします。DNAリガーゼは、複製と修復の過程でDNA骨格の切れ目を修復します。複製機構がDNAを複製する際、短い断片が生成されますが、これらを結合させる必要があります。リガーゼはこの結合を担います。DNAが損傷した場合、修復経路はリガーゼを用いてDNA鎖の構造を回復させます。リガーゼがなければ、ゲノムは崩壊してしまうでしょう。

実験室では、T4 DNAリガーゼが最も一般的に使用されています。これはバクテリオファージT4由来で、室温で効率的に機能します。相補的な一本鎖突出部である粘着末端と、突出部を持たない平滑末端の両方を結合します。粘着末端ライゲーションの方が効率的なのは、リガーゼが結合を封じる前に相補的な突出部がアニーリングするためです。

リガーゼは遺伝子工学における主力酵素です。クローニング、ライブラリー構築、次世代シーケンシングライブラリーの調製などに用いられます。小さな酵素ながら、ゲノムをまとめ、科学者が新たなゲノムを構築できるようにするという重要な役割を担っています。