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Genomes and Genomics of Nitrogen-fixing Organisms Rafael Palacios Editor
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Genomes and Genomics of Nitrogen-fixing Organisms Rafael Palacios Editor - nieuw boek

ISBN: 9789048167784

Genomes and Genomics of Nitrogen-fixing Organisms This is Volume 3 of a seven-volume series on all aspects of Nitrogen Fixation. The series aims to be the definitive authority in the fiel… Meer...

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Genomes and Genomics of Nitrogen-fixing Organisms (Nitrogen Fixation: Origins, Applications, and Research Progress, 3)
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Genomes and Genomics of Nitrogen-fixing Organisms (Nitrogen Fixation: Origins, Applications, and Research Progress, 3) - pocketboek

2010, ISBN: 9789048167784

Editor: Palacios, Rafael, Editor: Newton, William E. Springer, Paperback, Auflage: Softcover reprint of hardcover 1st ed. 2005, 260 Seiten, Publiziert: 2010-10-28T00:00:01Z, Produktgruppe… Meer...

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Genomes and Genomics of Nitrogen-fixing Organisms: 3 - pocketboek

2010

ISBN: 9789048167784

redacteur: Palacios, Rafael, redacteur: Newton, William E. Springer, Paperback, Auflage: Softcover reprint of hardcover 1st ed. 2005, 260 Seiten, Publiziert: 2010-10-28T00:00:01Z, Produkt… Meer...

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Newton, William E. (Herausgeber); Palacios, Rafael (Herausgeber):
Genomes and Genomics of Nitrogen-fixing Organisms - pocketboek

2010, ISBN: 9048167787

gebonden uitgave

Softcover reprint of hardcover 1st ed. 2005 Kartoniert / Broschiert Biochemie, Nucleotide; Proteomics; RNA; Translation; biochemistry; Biology; metabolism; physiology; transcription, me… Meer...

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2010, ISBN: 9048167787

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Bijzonderheden over het boek
Genomes and Genomics of Nitrogen-fixing Organisms Rafael Palacios Editor

This book is the self-contained third volume of a comprehensive series on nitrogen fixation. It presents the state-of-the-art in regards to genomic sciences applied to nitrogen-fixation research. The advent of genomic sciences represents a new era for biology. The classic paradigm based on the gene has now changed to a paradigm that is based on the genome. The knowledge of the complete nucleotide sequence of a genome and its consequences with regard to both transcription and translation lead to an integral and comprehensive view of the biochemistry and physiology of an organism. Moreover, comparative genomic studies provide new insights for a better understanding of the evolutionary process. Nitrogen-fixation research has fully entered the genomics era since the first complete nucleotide sequences of a rhizobial symbiotic plasmid and a methanogenic archaeon were first reported in 1997. Now, the complete nucleotide sequences of many genomes of nitrogen-fixing organism from different taxonomic groups are available. This volume includes chapters devoted to the genomes of specific organisms as well as chapters that cross organismal lines and analyse general aspects centred on functional genomics, genome dynamics, taxonomy, and evolution. No other available work provides the up-to-date and in-depth coverage of this volume, which is intended to serve as an indispensable reference work for academic, governmental, and industrial scientists working in the areas of genomics, transcriptomics, and proteomics, including those studying evolution and taxonomy; to assist students to enter this challenging area of research; and to provide science administrators with ready access to vital relevant information.

Gedetalleerde informatie over het boek. - Genomes and Genomics of Nitrogen-fixing Organisms Rafael Palacios Editor


EAN (ISBN-13): 9789048167784
ISBN (ISBN-10): 9048167787
Gebonden uitgave
pocket book
Verschijningsjaar: 2010
Uitgever: Springer Netherlands Core >1
264 Bladzijden
Gewicht: 0,426 kg
Taal: eng/Englisch

Boek bevindt zich in het datenbestand sinds 2011-10-21T09:18:57+02:00 (Amsterdam)
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ISBN/EAN: 9789048167784

ISBN - alternatieve schrijfwijzen:
90-481-6778-7, 978-90-481-6778-4
alternatieve schrijfwijzen en verwante zoekwoorden:
Auteur van het boek: william newton, palacios, palacio, rafael
Titel van het boek: génomes


Gegevens van de uitgever

Auteur: Rafael Palacios; William E. Newton
Titel: Nitrogen Fixation: Origins, Applications, and Research Progress; Genomes and Genomics of Nitrogen-fixing Organisms
Uitgeverij: Springer; Springer Netherland
242 Bladzijden
Verschijningsjaar: 2010-10-28
Dordrecht; NL
Gedrukt / Gemaakt in
Taal: Engels
160,49 € (DE)
164,99 € (AT)
177,00 CHF (CH)
POD
XVIII, 242 p.

BC; Hardcover, Softcover / Biologie/Biochemie, Biophysik; Biochemie; Verstehen; Nucleotide; Proteomics; RNA; Translation; biochemistry; biology; metabolism; physiology; transcription; Biochemistry; Life Sciences; Biowissenschaften, allgemein; BB

Preface to the Series. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix

Preface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii

List of Contributors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv

Chapter 1. Origins of Genomics in Nitrogen-Fixation Research

G. Dávila and R. Palacios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2. Symbiotic Organisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

3. Free-Living Organism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

4. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Chapter 2. Genomics of Diazotrophic Archaea

J. A. Leigh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2. The Core nif-gene Cluster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3. Other nif Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4. Other Nitrogen Assimilatory Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

5. PII Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Chapter 3. GenomicAspects of Nitrogen Fixation in the Clostridia

J.-S. Chen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2. The Nitrogen-Fixing Clostridia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3. The Genome of the Clostridia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4. Organization of the Nitrogen-Fixation Gene Cluster . . . . . . . . . . . . 17

5. Regulatory Genes for Nitrogen Metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

6. Altenative Nitrogen-Fixation (anf) Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

7. Genes for Nitrogen Assimilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

8. Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Chapter 4. The Genome of the Filamentous Cyanobacterium Nostoc punctiforme

J. C. Meeks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2. Phenotypic Traits of N. punctiforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3. Overview of the N. punctiforme Genome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4. N. punctiforme genes Involved in Heterocyst Formation, Nitrogenase

Expression, and Ammonia and Nitrate Assimilation . . . . . . . . . . 46

5. Summary and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

References . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Chapter 5. The nif Genes of Rhodobacter capsulatus, Rhodobacter

sphaeroides and Rhodopseudomonas palustris

R. Haselkorn and V. Kapatral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

2. Regulation of the Nitrogen-Fixation System . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

3. Operon Structure and Gene Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

Acknowledgement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

Chapter 6. Genomic Architecture of the Multiple Replicons of the

Promiscuous Rhizobium Species NGR234

P. Mavingui, X. Perret and W. J. Broughton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

2. Promiscuity of NGR234 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3. Structural Organization of the NGR234 Genome . . . . . . . . . . . . . . 85

4. Coding Capacity of eth NGR234 Genome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

5. Conclusions and Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

Chapter 7. Facets of the Bradyrhizobium japonicum 110 Genome

M. Göttfert, H. Hennecke and S. Tabata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

2.Materials and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

3. Genome Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

4. Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

Chapter 8. pSymA of Sinorhizobium meliloti: Nitrogen Fixation and More

M. J. Barnett and M. L. Kahn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

2. History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

3. The pSymA Sequence Project . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

4. General Features of pSymA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

5. Comparative Genomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

6. Plasmid Biology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

7. Elements of External Origin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

8. Transfer RNA Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

9. Nodulation Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

10. Nitrogen-Fixation Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

11. Carbon and Nitrogen Metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

12. Chemotaxis and Pilus Formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

13. Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 123

14. Regulation and Signal Transduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

15. Stress Responses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

16. Sulfur Metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

17. Orphan Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

18. Genome-Wide Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

19. A Strategy for Analyzing pSymA of S. meliloti . . . . . . . . . . . . . . 127

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

Chapter 9. Rhizobium etli Genome Biology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

2. Rhizobium etli Genome Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

3. Rhizobium Genome Plasticity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

4. Rhizobium etli Taxomony and Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

Chapter 10. The Dawn of Functional Genomics in Nitrogen-Fixation Research

S. Encarnación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

2. Functional Genomics – The Role of Gene-Expression Studies . . . . 144

3. The Transcriptome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145

4. Transcriptomics in Nitrogen-Fixation Research. . . . . . . . . . . . . . . . 146

5. Transcriptomics in Plants during Symbiotic Nitrogen Fixation . . . 148

6. The Proteome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

7. Proteomics and Nitrogen-Fixation Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

8. Proteomics in Plants during Symbiotic Nitrogen Fixation . . . . . . . . 156

9. Proteomics in Concert with Transcriptomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

10. Global Approaches to Study the R. etli-P. vulgaris Interaction . . . 158

11. Protein-Protein Interactions: Applications of Molecular Maps . . . 160

12. Transcriptomics, Proteomics and Bioinformatics . . . . . . . . . . . . . 160

13. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

Chapter 11. Transcriptomics in Sinorhizobium meliloti

A. Becker and F. J. De Bruijn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

1. Introduction to Transcriptomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

2. Introduction to the Biological System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

3. Sinorhizobium meliloti Microarrays. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

4. S. meliloti Macroarrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

5. Conclusions and Perspectives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

References . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

Chapter 12. Genome Dynamics in Rhizobial Organisms

R. Palacios and M. Flores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

2. Reiterated Sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

3. Genomic Instability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

4. Natural Gene Amplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

5. Artificial Gene Amplification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

6. Dynamics of Genome Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

7. Prediction of Genome Rearrangements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

8. Identification of Genome Rearrangements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

9. Artificial Selection of Genomic Rearrangements . . . . . . . . . . . . . . 195

10. Natural Genomic Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

11. Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

Chapter 13. Impact of Genomics on the Reconstruction of Evolutionary

Relationships of Nitrogen-Fixing Bacteria and Implications for Taxomony

P. Van Berkum and B. D. Eardly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

1. Systematics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

2. Current Reflections for Evolution of Diazotrophy . . . . . . . . . . . . . . 203

3. Reconstruction of Evolutionary Relationships among Members

of the Kingdom Monera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

4. The Rapid Spread of Antibiotic Resistance: Implications of

Reticulate Microbial Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

5. Mechanisms of Horizontal Gene Transfer in Microbes . . . . . . . . . . 205

6. Significance of Horizontal Gene transfer in Nature . . . . . . . . . . . . . 206

7. Evidence for Lateral Gene Transfers and Recombination

in Microbial Genomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

8. Genomic Islands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

9. Microbial Evolution and Genetic Recombination . . . . . . . . . . . . . . 210

10. Established Species Concepts Applied to Bacteria . . . . . . . . . . . . 210

11. A Proposed Unified Species fro Bacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

12. Relevant Insights from Recent Genomic Comparisons . . . . . . . . . 212

13. Implications and Future Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

Chapter 14. The Phylogeny and Evolution of Nitrogenases

J. P. W. Young . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

2. The Genetic Organization of Nitrogenase Genes . . . . . . . . . . . . . . . 222

3. Nitrogenase Genes from Genome Sequencing Projects. . . . . . . . . . 224

4. Organization of the Nitrogenase Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

5. Evolutionary Relationships of the Nitrogenase Genes . . . . . . . . . . . 225

6. Nitrogenase Phylogeny versus Organism Phylogeny . . . . . . . . . . . . 231

7. Nitrogenase Genes in their Genomic Context . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

8. Conclusions and Prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Subject Index. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243



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