细菌遗传学涵盖细菌基因、基因组和遗传的研究。细菌具有显著的遗传可塑性，能够通过突变和水平基因转移机制快速适应环境变化。

细菌基因组组织

细菌染色体是单个环状双链DNA分子，通常为0.5-10 Mb，组织在无核膜的拟核区——E. coli 具有约4.6 Mb的基因组，编码约4,300个基因。质粒是小型环状染色体外DNA分子，可独立复制，携带抗生素抗性、毒力因子和代谢能力等附属基因。转座子是可移动的遗传元件，能在DNA分子内部或之间移动，通常携带抗生素抗性基因。

细菌突变

点突变是单碱基替换（转换或颠换），可能改变氨基酸（错义）、产生终止密码子（无义）或无影响（同义）。移码突变是碱基的插入或缺失，改变阅读框，通常产生无功能的蛋白质。细菌的突变率约为每代每碱基对10⁻⁶至10⁻⁹，但在应激条件下可通过SOS反应增加。Ames试验使用 Salmonella typhimurium 突变体检测化学诱变剂。

水平基因转移

转化涉及感受态细菌从环境中摄取游离DNA；自然感受态存在于 Bacillus subtilis、Streptococcus pneumoniae 和 Neisseria gonorrhoeae 中。接合是通过接合菌毛进行的直接细胞间DNA转移，由 E. coli 的F（致育）质粒编码，可在不同物种之间转移质粒和染色体基因。转导是通过噬菌体转移细菌DNA——广泛性转导可转移任何染色体片段，而特异性转导仅转移噬菌体整合位点附近的特定基因。

基因调控

E. coli 的 lac 操纵子是诱导型基因调控的经典模型，由lac阻遏物和分解代谢物激活蛋白（CAP）控制。trp 操纵子是通过衰减作用和trp阻遏物由色氨酸水平调控的可阻抑系统。群体感应使细菌能够通过使用自诱导剂分子（如N-酰基高丝氨酸内酯）响应种群密度来调控基因表达。

应用

基因工程利用细菌质粒和限制性内切酶克隆基因并生产重组蛋白，如胰岛素、生长激素和疫苗。抗生素抗性基因追踪应用于临床和环境领域。源自细菌适应性免疫的CRISPR-Cas9已成为基因组编辑的革命性工具。