大腸菌
1988年にRichard Lenskiによって開始された、E. coliを使用した長期進化実験により、研究室で65,000世代を超えるゲノム進化の直接観察が可能になった。たとえば、大腸菌は通常、クエン酸を炭素源として好気性に増殖する能力を持たない。このことは、大腸菌をサルモネラ菌などの他の密接に関連する細菌から区別するための診断基準として使用される。しかしながらこの進化実験では、大腸菌の1つの集団が、好気的にクエン酸を代謝する能力を進化させることが確認された。これは、微生物の種分化を引き起こすような、主要な進化的シフトの特徴であると考えられる。
微生物の世界でも動物と同様に、捕食の関係が成立する。そして大腸菌は、Myxococcus xanthusのような複数のジェネラリスト捕食者の餌食であることが知られている。この捕食者と被食者の両種は並行進化していることが、ゲノムや表現型の変化の観察から考えられている。大腸菌の場合、ムコイド産生(アルギン酸エキソプラズマ酸の過剰産生)とOmpT遺伝子の抑制という、病原性に関与する2つの側面を伴う、赤の女王仮説で実証された共進化モデルに従って、他よりも適応的な進化個体が選択的に生き残ると考えられている。
大腸菌(実験室株K-12に由来するMG1655株)の最初の完全なDNA配列は1997年に公開された。大腸菌のゲノムは460万塩基対の長さの環状DNA分子であり、4,288の注釈付きタンパク質コーディング遺伝子(2584オペロンに編成)、7のリボソームRNA (rRNA)オペロン、86のトランスファーRNA (tRNA)遺伝子を含んでいた。それまでの約40年間、大腸菌は集中的な遺伝子分析の対象であったにもかかわらず、これらの遺伝子の多くは以前は知られていなかった。コーディング配列の密度は非常に高く、遺伝子間の平均距離はわずか118塩基対であることがわかった。ゲノムには、かなりの数のトランスポゾン、リピート反復配列、詳細不明なプロファージ、バクテリオファージの残骸、などが含まれていることが判明した。
今日、Escherichia 属とShigella属(赤痢菌)では、300を超える完全ゲノム配列が報告されている。大腸菌のタイプ株のゲノム配列は、2014年までにこのコレクションに追加されている。これらのシーケンスの比較から、驚くべき多様性の存在が示唆されており、各ゲノムの約20%のみが全分離株に共通している一方で、約80%は分離株の各ゲノムによって異なっている。個々のゲノムには、約4,000から5,500の遺伝子が含まれているが、シーケンスされたすべての大腸菌株(パンゲノム)が持つ全遺伝子(遺伝子カタログ)の総数は16,000を超えている。この非常に多種多様な構成遺伝子は、大腸菌のパンゲノムの2/3が他の種に由来し、水平遺伝子導入の過程で到達したことを意味している、と解釈されている。