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Experimental evidence for plasmid-borne nor-nir genes in Sinorhizobium meliloti JJ1c10

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In denitrification, nir and nor genes are respectively required for the sequential dissimilatory reduction of nitrite and nitric oxide to form nitrous oxide. Their location on the pSymA megaplasmid of Sinorhizobium meliloti was confirmed by Southern hybridization of its clones with specific structural gene probes for nirK and norCB. A 20-kb region of pSymA containing the nor-nir genes was delineated by nucleotide sequence analysis. These genes were linked to the nap genes encoding periplasmic proteins involved in nitrate reduction. The nor-nir-nap segment is situated within 30 kb downstream from the nos genes encoding nitrous oxide reduction, with a fix cluster intervening between nir and nos. Most of these predicted nor-nir and accessory gene products are highly homologous with those of related proteobacterial denitrifiers. Functional tests of Tn5 mutants confirmed the requirement of the nirV product and 1 unidentified protein for nitrite reduction as well as the norB-D products and another unidentified protein for nitric oxide reduction. Overall comparative analysis of the derived amino acid sequences of the S. meliloti gene products suggested a close relationship between this symbiotic N2 fixer and the free-living non-N2-fixing denitrifier Pseudomonas G-179, despite differences in their genetic organization. This relationship may be due to lateral gene transfer of denitrification genes from a common donor followed by rearrangement and recombination of these genes.Key words: denitrification genes, nitric oxide reductase, nitrite reductase, Rhizobiaceae, Sinorhizobium meliloti.

Lors de la dénitrification, les gènes nir et nor sont requis respectivement pour la réduction dissimilatrice séquentielle du nitrite et de l'oxyde nitrique pour former l'oxyde nitreux. Leur localisation dans le mégaplasmide pSymA de Sinorhizobium meliloti a été confirmée par l'hybridation de type Southern de ses clones avec des sondes de gènes structuraux spécifiques à nirK et norCB. Une région de 20-kb de pSymA contenant les gènes nor-nir a été localisée par l'analyse de la séquence des nucléotides. Les gènes étaient liés aux gènes nap codant de protéines périplasmiques impliquées dans la réduction du nitrate. Le segment nor-nir-nap est situé à l'intérieur de 30 kb en aval des gènes codant la réduction de l'oxyde nitreux, avec un groupe fix intercalé entre les gènes nir et nos. La plupart des produits des gènes nor-nir et des gènes accessoires sont fortement homologues avec ceux de dénitrifiants protéobactériens apparentées. Des analyses fonctionnelles de mutants Tn5 ont confirmé la nécessité du produit de nirV et d'une protéine non-identifiée dans la réduction du nitrite, de même que des produits de norB-D et d'une autre protéine non-identifiée pour la réduction de l'oxyde nitrique. Globalement, l'analyse comparative des séquences dérivées en acides aminés des produits des gènes de S. meliloti met en évidence une relation étroite entre ce fixateur symbiotique de N2 et Pseudomonas G-179, un dénitrifiant libre ne fixant pas le N2, malgré les différences dans leur organisation génétique. Cette relation serait la conséquence d'un transfert génétique latéral de gènes de dénitrification à partir d'un donneur commun, suivi d'un réarrangement et d'une recombinaison de ces gènes.Mots clés : gènes de dénitrification, réductase de l'oxyde nitrique, réductase du nitrite, Rhizobiaceae, Sinorhizobium meliloti.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: September 1, 2004

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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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