α互補

人們發現lacZ基因的突變體M15質粒（缺失氨基酸殘基11到41）是沒有野生型lacZ基因產物那種分解X-gal能力的。但如果在M15突變體的抽取物中加入β-半乳糖苷酶的第3至第92氨基酸殘基的肽段（α肽）則能恢復M15分解X-gal，而顯示藍色的能力。這樣一種基因內互補現象稱做α互補（α-complementation）。

大腸桿菌的乳糖 lac 操縱子中的 lacZ 基因編碼 β-半乳糖苷酶，如果 lacZ 基因發生突變，則不能合成有活性的 β-半乳糖苷酶。例如， lacZ△M15 基因是缺失了編碼 β-半乳糖苷酶中第 11-41 個氨基酸的 lacZ 基因，無酶學活性。對於只編碼 N-端 140 個氨基酸的 lacZ 基因（稱為 lacZ'） ，其產物也沒有酶學活性。但這兩個無酶學活性的產物混合在一起時，可恢復 β-半乳糖苷酶的活性，實現基因內互補。

在 lacZ' 編碼區上游插入一小段 DNA 片段（如 51 個鹼基對的多克隆位點），不影響 β-半乳糖苷酶的功能內互補。但是，若在該 DNA 小片段中再插入一個片段，將幾乎不可避免地導致產生無α-互補能力的 β-半乳糖苷酶片段。

利用這一互補性質，可用於篩選在載體上插入了外源片段的重組質粒。在相應的載體系統中，lacZ△M15 放在 F 質粒上, 隨宿主傳代； lacZ' 放在載體上, 作為篩選標記。

相應的受體菌有 JM 系列、 TG1 和 XL1-Blue ，前二者均帶有 D （lac - proAB）F'[ proAB + lacIq lacZD M15] 基因型。其中 lacI 為 lac 阻抑物的編碼基因，lacIq 突變使阻抑物產量增加，防止 lacZ 基因滲漏表達。

lacZ 基因是乳糖 lac 操縱子中編碼 β-半乳糖苷酶的基因，乳糖及其衍生物可誘導其表達。乳糖既是 lac 操縱子的誘導物，也是作用的底物。異丙基-β-D- 硫代半乳糖苷（IPTG）是乳糖的衍生物，可作為 lac 操縱子的誘導物，但不能作為反應的底物； 5-溴-4-氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷（X-gal）可作為 lac 操縱子的底物，但不能作為誘導物。底物 X-gal 還可充作生色劑，被 β-半乳糖苷酶分解后可產生蘭色產物，可使菌落或噬菌斑呈蘭色。