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

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ISBN/EAN: 1402030533

ISBN - alternatieve schrijfwijzen:
1-4020-3053-3, 978-1-4020-3053-6
alternatieve schrijfwijzen en verwante zoekwoorden:
Auteur van het boek: rafael, palacios, palacio, newton
Titel van het boek: nitrogen fixing organisms, genomes, génomes, nitrogen fixation

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: 2005-02-15
Dordrecht; NL
Taal: Engels
160,49 € (DE)
164,99 € (AT)
177,00 CHF (CH)
Available
XVIII, 242 p.

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

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