Genomes and Genomics of Nitrogen-fixing Organisms
Häftad, Engelska, 2010
1 999 kr
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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.
Produktinformation
- Utgivningsdatum2010-10-28
- Mått160 x 240 x 15 mm
- Vikt428 g
- FormatHäftad
- SpråkEngelska
- SerieNitrogen Fixation: Origins, Applications, and Research Progress
- Antal sidor242
- FörlagSpringer
- ISBN9789048167784
Tillhör följande kategorier
- Preface to the Series. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ixPreface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiiiList of Contributors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvChapter 1. Origins of Genomics in Nitrogen-Fixation ResearchG. Dávila and R. Palacios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12. Symbiotic Organisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23. Free-Living Organism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Chapter 2. Genomics of Diazotrophic ArchaeaJ. A. Leigh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72. The Core nif-gene Cluster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83. Other nif Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94. Other Nitrogen Assimilatory Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95. PII Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11Chapter 3. GenomicAspects of Nitrogen Fixation in the ClostridiaJ.-S. Chen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132. The Nitrogen-Fixing Clostridia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143. The Genome of the Clostridia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154. Organization of the Nitrogen-Fixation Gene Cluster . . . . . . . . . . . . 175. Regulatory Genes for Nitrogen Metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216. Altenative Nitrogen-Fixation (anf) Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237. Genes for Nitrogen Assimilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238. Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Chapter 4. The Genome of the Filamentous Cyanobacterium Nostoc punctiformeJ. C. Meeks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272. Phenotypic Traits of N. punctiforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293. Overview of the N. punctiforme Genome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374. N. punctiforme genes Involved in Heterocyst Formation, NitrogenaseExpression, and Ammonia and Nitrate Assimilation . . . . . . . . . . 465. Summary and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64References . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Chapter 5. The nif Genes of Rhodobacter capsulatus, Rhodobactersphaeroides and Rhodopseudomonas palustrisR. Haselkorn and V. Kapatral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 711. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 712. Regulation of the Nitrogen-Fixation System . . . . . . . . . . . . . . . . . . 733. Operon Structure and Gene Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75Acknowledgement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80Chapter 6. Genomic Architecture of the Multiple Replicons of thePromiscuous Rhizobium Species NGR234P. Mavingui, X. Perret and W. J. Broughton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 831. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 832. Promiscuity of NGR234 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 843. Structural Organization of the NGR234 Genome . . . . . . . . . . . . . . 854. Coding Capacity of eth NGR234 Genome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 915. Conclusions and Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93Chapter 7. Facets of the Bradyrhizobium japonicum 110 GenomeM. Göttfert, H. Hennecke and S. Tabata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 991. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 992.Materials and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1003. Genome Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1004. Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108Chapter 8. pSymA of Sinorhizobium meliloti: Nitrogen Fixation and MoreM. J. Barnett and M. L. Kahn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1131. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1132. History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1143. The pSymA Sequence Project . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1154. General Features of pSymA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1155. Comparative Genomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1166. Plasmid Biology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1177. Elements of External Origin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1178. Transfer RNA Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1199. Nodulation Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11910. Nitrogen-Fixation Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12011. Carbon and Nitrogen Metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12112. Chemotaxis and Pilus Formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12313. Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 12314. Regulation and Signal Transduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12415. Stress Responses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12516. Sulfur Metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12617. Orphan Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12618. Genome-Wide Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12719. A Strategy for Analyzing pSymA of S. meliloti . . . . . . . . . . . . . . 127References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128Chapter 9. Rhizobium etli Genome Biology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1331. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1332. Rhizobium etli Genome Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1343. Rhizobium Genome Plasticity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1364. Rhizobium etli Taxomony and Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141Chapter 10. The Dawn of Functional Genomics in Nitrogen-Fixation ResearchS. Encarnación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1431. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1432. Functional Genomics – The Role of Gene-Expression Studies . . . . 1443. The Transcriptome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1454. Transcriptomics in Nitrogen-Fixation Research. . . . . . . . . . . . . . . . 1465. Transcriptomics in Plants during Symbiotic Nitrogen Fixation . . . 1486. The Proteome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1507. Proteomics and Nitrogen-Fixation Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1528. Proteomics in Plants during Symbiotic Nitrogen Fixation . . . . . . . . 1569. Proteomics in Concert with Transcriptomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15710. Global Approaches to Study the R. etli-P. vulgaris Interaction . . . 15811. Protein-Protein Interactions: Applications of Molecular Maps . . . 16012. Transcriptomics, Proteomics and Bioinformatics . . . . . . . . . . . . . 16013. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163Chapter 11. Transcriptomics in Sinorhizobium melilotiA. Becker and F. J. De Bruijn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1691. Introduction to Transcriptomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1692. Introduction to the Biological System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1713. Sinorhizobium meliloti Microarrays. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1724. S. meliloti Macroarrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1755. Conclusions and Perspectives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179References . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180Chapter 12. Genome Dynamics in Rhizobial OrganismsR. Palacios and M. Flores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1831. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1832. Reiterated Sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1843. Genomic Instability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1864. Natural Gene Amplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1885. Artificial Gene Amplification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1896. Dynamics of Genome Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1917. Prediction of Genome Rearrangements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1938. Identification of Genome Rearrangements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1949. Artificial Selection of Genomic Rearrangements . . . . . . . . . . . . . . 19510. Natural Genomic Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19711. Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198Chapter 13. Impact of Genomics on the Reconstruction of EvolutionaryRelationships of Nitrogen-Fixing Bacteria and Implications for TaxomonyP. Van Berkum and B. D. Eardly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2011. Systematics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2012. Current Reflections for Evolution of Diazotrophy . . . . . . . . . . . . . . 2033. Reconstruction of Evolutionary Relationships among Membersof the Kingdom Monera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2034. The Rapid Spread of Antibiotic Resistance: Implications ofReticulate Microbial Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2055. Mechanisms of Horizontal Gene Transfer in Microbes . . . . . . . . . . 2056. Significance of Horizontal Gene transfer in Nature . . . . . . . . . . . . . 2067. Evidence for Lateral Gene Transfers and Recombinationin Microbial Genomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2088. Genomic Islands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2099. Microbial Evolution and Genetic Recombination . . . . . . . . . . . . . . 21010. Established Species Concepts Applied to Bacteria . . . . . . . . . . . . 21011. A Proposed Unified Species fro Bacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21212. Relevant Insights from Recent Genomic Comparisons . . . . . . . . . 21213. Implications and Future Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214Chapter 14. The Phylogeny and Evolution of NitrogenasesJ. P. W. Young . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2211. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2212. The Genetic Organization of Nitrogenase Genes . . . . . . . . . . . . . . . 2223. Nitrogenase Genes from Genome Sequencing Projects. . . . . . . . . . 2244. Organization of the Nitrogenase Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2255. Evolutionary Relationships of the Nitrogenase Genes . . . . . . . . . . . 2256. Nitrogenase Phylogeny versus Organism Phylogeny . . . . . . . . . . . . 2317. Nitrogenase Genes in their Genomic Context . . . . . . . . . . . . . . . . . 2388. Conclusions and Prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239Subject Index. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243