大腸桿菌染色體基因組是研究zui清楚的基因組。估計(jì)大腸桿菌基因組含有3500個(gè)基因，已被定位的有900個(gè)左右。在這900個(gè)基因中，有260個(gè)基因已查明具有操縱子結(jié)構(gòu)，定位于75個(gè)操縱子中。在已知的基因中8%的序列具有調(diào)控作用。大腸桿菌染色體基因組中已知的基因多是編碼一些酶類的基因，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、脂肪酸和維生素合成代謝的一些酶類的基因，以及大多數(shù)碳、氮化合物分解代謝的酶類的基因。另外，核糖體大小亞基中50多種蛋白質(zhì)的基因也已經(jīng)鑒定了。

除了有些具有相關(guān)功能的基因在一個(gè)操縱子內(nèi)由一個(gè)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄外，大多數(shù)基因的相對(duì)位置可以說(shuō)是隨機(jī)分布的。如控制小分子合成和分解代謝的基因，大分子合成和組裝的基因分布在大腸桿菌基因組的許多部位，而不是集中在一起。再如，有關(guān)糖酵解的酶類的基因分布在染色體基因組的各個(gè)部位。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌和與其分類關(guān)系上相近的其他腸道菌如志賀氏桿菌屬(Shigella)、沙門氏菌屬(Salmonella)等具有相似的基因組結(jié)構(gòu)。傷寒沙門氏桿菌(Salmonellatyphimurium)幾乎與大腸桿菌的基因組結(jié)構(gòu)相同，雖然有10%的基因組序列和大腸桿菌相比發(fā)生顛倒，但是其基因的功能仍正常。這更進(jìn)一步說(shuō)明染色體上的基因似乎沒(méi)有固定的格局，相對(duì)位置的改變不會(huì)影響其功能。

在已知轉(zhuǎn)錄方向的50個(gè)操縱子中，27個(gè)操縱子按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)錄，23個(gè)操縱子按反時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)錄，即DNA兩條鏈作為模板指導(dǎo)mrna合成的機(jī)率差不多相等。在大腸桿菌染色體基因組中，差不多所有的基因都是單拷貝基因，因?yàn)槎嗫截惢蛟谕粭l染色體上很不穩(wěn)定，極易通過(guò)同源重組的方式丟失重復(fù)的基因序列。另外，由于大腸桿菌細(xì)胞分裂極快，可以在20分鐘內(nèi)完成一次分裂，因此，攜帶多拷貝基因的大腸桿菌并不比單拷貝基因的大腸桿菌更為有利;相反，由于多拷貝基因的存在，使E.coli的整個(gè)基因組增大，復(fù)制時(shí)間延長(zhǎng)，因而更為不利，除非在某種環(huán)境下，需要有多拷貝基因用來(lái)編碼大量的基因產(chǎn)物，例如，在有極少量乳糖或乳糖衍生物的培養(yǎng)基上，乳糖操縱子的多拷貝化可以使大腸桿菌充分利用的乳糖分子。但是，一旦這種選擇壓力消失，如將大腸桿菌移到有豐富的乳糖培養(yǎng)基上，多拷貝的乳糖操縱子便沒(méi)有存在的必要，相反，由于需要較長(zhǎng)的復(fù)制時(shí)間，這種重復(fù)的多拷貝基因會(huì)重新丟失。

大腸桿菌染色體基因組中，大多數(shù)rRNA基因集中于基因組的復(fù)制起點(diǎn)oriC的位置附近。這種位置有利于rRNA基因在早期復(fù)制后馬上作為模板進(jìn)行rRNA的合成以便進(jìn)行核糖體組裝和蛋白質(zhì)的合成。從這一點(diǎn)上看，大腸桿菌基因組上的各個(gè)基因的位置與其功能的重要性可能有一定的。