从细菌到哺乳动物细胞内都有双氢叶酸还原酶（dihydrofolate reductase，DHFR）。处于生长和分裂旺盛期的细胞DHFR的含量很高。它催化7，8-双氢叶酸为还原态的5，6，7，8-四氢叶酸，四氢叶酸则是核苷酸代谢和某些氨基酸代谢中涉及单个碳原子转移的生物合成反应的核心化合物。研究DHFR基因功能缺陷突变的重要性可以归纳为下面四点。
（1）DHFR催化的生物化学反应会提升细胞内的四氢叶酸（FH4）的丰度，FH4则是许多单碳转移反应的必要辅助因子。
（2）DHFR居于核酸前体合成的关键位置，它对抗癌化疗药物甲氨蝶呤（methotrexate，MTX）异常敏感，因为MTX是FH4的结构类似物，所以DHFR成了设计癌症化疗药物的“靶酶”。
（3）在哺乳动物体细胞遗传研究中DHFR和一系列的营养要求有关。DHFR缺陷突变型细胞同时是三种涉及核酸和蛋白质合成代谢的生长因素的营养缺陷突变型：胸腺嘧啶缺陷突变（Thyˉ），甘氨酸缺陷突变（Glyˉ）和次黄嘌呤缺陷突变（Hypˉ），所以这是非常有科学或医学意义的研究目标。图3-13显示的不仅是胸苷激酶（TK）、胸苷酸合成酶（TS）、丝氨酸羟甲基转移酶（SHMT）和双氢叶酸还原酶（DHFR）所参与的代谢途径，还可以看出编码这些酶的基因发生突变时，细胞会产生对放射性脱氧尿嘧啶核苷（dUrd）的抗性，成为多重营养缺陷突变的遗传分析工具。
图3-13 具有3H-dUrd抗性的四种酶缺陷突变
TK：胸苷激酶；TS：胸苷酸合成酶；SHMT：丝氨酸羟甲基转移酶；DHFR：双氢叶酸还原酶
（4）DHFR是一种分子量较低的酶。例如，大肠杆菌的DHFR只有155个氨基酸，因此而成为蛋白质结构学家的首选研究目标（图3-14）。
但是，要在野生型细胞群体中选出双氢叶酸还原酶的缺陷型细胞是非常困难的，这是因为dhfr是一个隐性突变，必须当两个等位基因都突变为dhfr-时才能表现突变型性状。所以，尽管人们对DHFR非常感兴趣，却很久以来一直没有找到有效的分离dhfr-细胞的方法。
图3-14 大肠杆菌的DHFR结构示意
（a）图中红色部分是生物演化中最为保守的结构；（b）DHFR的二级结构，图中标示了βF-βG环、作为辅酶的细胞色素c还原酶NADPH、底物DHF和甲硫氨酸Met20的位置
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