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Band 3

Genomes and Genomics of Nitrogen-fixing Organisms

139,99 €

inkl. gesetzl. MwSt., Versandkostenfrei


Beschreibung

Produktdetails

Einband

Taschenbuch

Erscheinungsdatum

28.10.2010

Abbildungen

XVIII, 242 p.

Herausgeber

Rafael Palacios + weitere

Verlag

Springer Netherland

Seitenzahl

242

Maße (L/B/H)

24/16/1,5 cm

Gewicht

428 g

Auflage

Softcover reprint of hardcover 1st ed. 2005

Sprache

Englisch

ISBN

978-90-481-6778-4

Beschreibung

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Einband

Taschenbuch

Erscheinungsdatum

28.10.2010

Abbildungen

XVIII, 242 p.

Herausgeber

Verlag

Springer Netherland

Seitenzahl

242

Maße (L/B/H)

24/16/1,5 cm

Gewicht

428 g

Auflage

Softcover reprint of hardcover 1st ed. 2005

Sprache

Englisch

ISBN

978-90-481-6778-4

Herstelleradresse

Springer-Verlag KG
Sachsenplatz 4-6
1201 Wien
AT

Email: ProductSafety@springernature.com

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  • 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