Root and Stem Nodule Bacteria of Legumes
Rhizobia are nitrogen-fixing bacteria that form root and sometimes stem nodules on leguminous plants and belong to many genera of alpha- and beta-proteobacteria. Formation of nitrogen-fixing nodules is dependent upon the exchange of a series of molecular
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Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401 Phylogeny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401 Taxonomy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404 Habitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405 Strain Isolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 Collection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 Isolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407 Authentication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407 Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407 Cultivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408 Preservation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408 The Nodulation Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409 Genetics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409 Nodulation Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409 Genotype-Specific Nodulation Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410 Signal Exchange and Induction of Nod Genes . . . . . . . . . . 411 Extracellular Nodulation Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 Nitrogen Fixation Genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 Other Genes Involved in Symbiotic Nitrogen Fixation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 Genomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 Ecology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
Introduction The root and stem nodule bacteria of legumes (collectively called the rhizobia) comprise a genetically diverse group of microorganisms characterized by the ability to produce hypertrophies (swellings) or nodules on the stems or roots of most, but not all,
leguminous plants (peas, beans, clover, etc.). Not all legumes form nodules with rhizobia. Within the nodules, rhizobia convert atmospheric dinitrogen (N2) gas into ammonia. This fixed nitrogen (N) is subsequently assimilated by the host and improves plant growth and productivity. Approximately 300 million hectares (Mha) of legumes a
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