分子遗传学分类法是以微生物的遗传型（基因型）特征为依据，判断微生物间的亲缘关系，排列出一个个的分类群。目前较常使用的方法有：
1、DNA中（G+C）mol%分析
每一个微生物种的DNA中（G+C）mol%的数值是恒定的，不会随着环境条件、培养条件等的变化而变化，而且在同一个属不同种之间，DNA中（G+C）mol%的数值不会差异太大，可以某个数值为中心成簇分布，显示同属微生物种的（G+C）mol%范围。DNA中（G+C）mol%分析主要用于区分细菌的属和种，因为细菌DNA中（G+C）mol%含量的变化范围一般在25%—75%；而放线菌DNA中（G+C）mol%比例范围非常窄（ 37%—51%）。一般认为任何两种微生物在（G+C）含量上的差别超过了10%，这两种微生物就肯定不是同一个种。因此可利用（G+C）mol%来鉴别各种微生物种属间的亲缘关系及其远近程度。值得注意的是，亲缘关系相近的菌，其（G+C）mol%含量相同或者近似，但（G+C）mol%相同或近似的细菌，其亲缘关系并不一定相近，这是因为这一数据还不能反映出碱基对的排列序列，而且如放线菌的的（G+C）mol%在37%51%之间，企图在这么小的范围内区分放线菌的几十个属显然是不现实的。要比较两种细菌的DNA碱基对排列序列是否相同，以及相同的程度如何，就需做核酸杂交试验。
2、DNA-DNA杂交
DNA杂交法的基本原理是用DNA解链的可逆性和碱基配对的专一性，将不同来源的DNA在体外加热解链，并在合适的条件下，使互补的碱基重新配对结合成双链DNA，然后根据能生成双链的情况，检测杂合百分数。如果两条单链DNA的碱基顺序全部相同，则它们能生成完整的双链，即杂合率为100%。如果两条单链DNA的碱基序列只有部分相同，则它们能生成的“双链 ”仅含有局部单链，其杂合率小于70%。由此，杂合率越高，表示两个DNA之间碱基序列的相似性越高，它们之间的亲缘关系也就越近。如两株大肠埃希氏菌的 DNA杂合率可高达100%，而大肠埃希氏菌与沙门氏菌的DNA杂合率较低，约为70%。（G+C）mol%的测定和DNA杂交实验为细菌种和属的分类研究开辟了新的途径，解决了以表观特征为依据所无法解决的一些疑难问题，但对于许多属以上分类单元间的亲缘关系及细菌的进化问题仍不能解决。
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