Mapping of homozygous deletions on human chromosome 10q23 has led to the isolation of a candidate tumor suppressor gene, PTEN , that appears to be mutated at considerable frequency in human cancers. In preliminary screens, mutations of PTEN were detected in 31% (13/42) of glioblastoma cell lines and xenografts, 100% (4/4) of prostate cancer cell lines, 6% (4/65) of breast cancer cell lines and xenografts, and 17% (3/18) of primary glioblastomas. The predicted PTEN product has a protein tyrosine phosphatase domain and extensive homology to tensin, a protein that interacts with actin filaments at focal adhesions. These homologies suggest that PTEN may suppress tumor cell growth by antagonizing protein tyrosine kinases and may regulate tumor cell invasion and metastasis through interactions at focal adhesions.

This paper reports the genome sequence of domesticated tomato, a major crop plant, and a draft sequence for its closest wild relative; comparative genomics reveal very little divergence between the two genomes but some important differences with the potato genome, another important food crop in the genus Solanum. Tomato (Solanum lycopersicum) is a major crop plant and a model system for fruit development. Solanum is one of the largest angiosperm genera1 and includes annual and perennial plants from diverse habitats. Here we present a high-quality genome sequence of domesticated tomato, a draft sequence of its closest wild relative, Solanum pimpinellifolium2, and compare them to each other and to the potato genome (Solanum tuberosum). The two tomato genomes show only 0.6% nucleotide divergence and signs of recent admixture, but show more than 8% divergence from potato, with nine large and several smaller inversions. In contrast to Arabidopsis, but similar to soybean, tomato and potato small RNAs map predominantly to gene-rich chromosomal regions, including gene promoters. The Solanum lineage has experienced two consecutive genome triplications: one that is ancient and shared with rosids, and a more recent one. These triplications set the stage for the neofunctionalization of genes controlling fruit characteristics, such as colour and fleshiness.

Tumours are known to be genetically heterogeneous, but it is proving difficult to dissect this heterogeneity at the single-cell level. A combination of whole-genome amplification and sequencing of single nuclei separated by fluorescence activated cell sorting now reveals the population structure of breast tumours from two patients. In both, tumour growth is by punctuated clonal expansions with few persistent intermediates, in contrast to the many gradual models of tumour progression. Single-cell sequencing of this type — once it becomes cheaper — is likely to have clinical implications for cancer prognosis and staging. Although it is known that tumours are genetically heterogeneous it has so far been difficult to dissect this heterogeneity at a single cell level. This paper combines whole-genome amplification and next-generation sequencing of flow-sorted nuclei from breast tumours to investigate their population structure and evolution. In contrast to gradual models of tumour progression, the results indicate that tumours grow by punctuated clonal expansions with few persistent intermediates. Genomic analysis provides insights into the role of copy number variation in disease, but most methods are not designed to resolve mixed populations of cells. In tumours, where genetic heterogeneity is common1,2,3, very important information may be lost that would be useful for reconstructing evolutionary history. Here we show that with flow-sorted nuclei, whole genome amplification and next generation sequencing we can accurately quantify genomic copy number within an individual nucleus. We apply single-nucleus sequencing to investigate tumour population structure and evolution in two human breast cancer cases. Analysis of 100 single cells from a polygenomic tumour revealed three distinct clonal subpopulations that probably represent sequential clonal expansions. Additional analysis of 100 single cells from a monogenomic primary tumour and its liver metastasis indicated that a single clonal expansion formed the primary tumour and seeded the metastasis. In both primary tumours, we also identified an unexpectedly abundant subpopulation of genetically diverse ‘pseudodiploid’ cells that do not travel to the metastatic site. In contrast to gradual models of tumour progression, our data indicate that tumours grow by punctuated clonal expansions with few persistent intermediates.

Whole exome sequencing has proven to be a powerful tool for understanding the genetic architecture of human disease. Here we apply it to more than 2,500 simplex families, each having a child with an autistic spectrum disorder. By comparing affected to unaffected siblings, we show that 13% of de novo missense mutations and 43% of de novo likely gene-disrupting (LGD) mutations contribute to 12% and 9% of diagnoses, respectively. Including copy number variants, coding de novo mutations contribute to about 30% of all simplex and 45% of female diagnoses. Almost all LGD mutations occur opposite wild-type alleles. LGD targets in affected females significantly overlap the targets in males of lower intelligence quotient (IQ), but neither overlaps significantly with targets in males of higher IQ. We estimate that LGD mutation in about 400 genes can contribute to the joint class of affected females and males of lower IQ, with an overlapping and similar number of genes vulnerable to contributory missense mutation. LGD targets in the joint class overlap with published targets for intellectual disability and schizophrenia, and are enriched for chromatin modifiers, FMRP-associated genes and embryonically expressed genes. Most of the significance for the latter comes from affected females. Family-based exome sequencing in a large autism study has identified 27 high-confidence gene targets and accurately estimates the contribution of both de novo gene-disrupting and missense mutations to the incidence of simplex autism, with target genes in affected females overlapping those in males of lower but not higher IQ; targets also overlap known targets for intellectual disability and schizophrenia, and are enriched for chromatin modifiers, FMRP-associated genes and embryonically expressed genes. Autism spectrum disorder (ASD) is a broad group of brain development disorders, including autism, childhood disintegrative disorder and Asperger's syndrome, characterized by impaired social interaction and communication, repetitive behaviour and restricted interests. Two groups reporting in this issue of Nature have used large-scale whole-exome sequencing to examine the contribution of inherited and germline de novo mutations to ASD risk. Silvia De Rubeis et al. analysed DNA samples from 3,871 autism cases and 9,937 ancestry-matched or parental controls and identify more than 100 autosomal genes that are likely to affect risk for the disease. De novo loss-of-function mutations were detected in more than 5% of autistic subjects. Many of the associated gene products appear to function in synaptic, transcriptional, and chromatin remodelling pathways. Ivan Iossifov et al. sequenced exomes from more than 2,500 families, each with one child with ASD. They identify 27 high-confidence gene targets and estimate that 13% of de novo missense mutations and 43% of de novo 'likely gene-disrupting' (LGD) mutations contribute to 12% and 9% of diagnoses, respectively.

Automated partial DNA sequencing was conducted on more than 600 randomly selected human brain complementary DNA (cDNA) clones to generate expressed sequence tags (ESTs). ESTs have applications in the discovery of new human genes, mapping of the human genome, and identification of coding regions in genomic sequences. Of the sequences generated, 337 represent new genes, including 48 with significant similarity to genes from other organisms, such as a yeast RNA polymerase II subunit; Drosophila kinesin, Notch, and Enhancer of split; and a murine tyrosine kinase receptor. Forty-six ESTs were mapped to chromosomes after amplification by the polymerase chain reaction. This fast approach to cDNA characterization will facilitate the tagging of most human genes in a few years at a fraction of the cost of complete genomic sequencing, provide new genetic markers, and serve as a resource in diverse biological research fields.

Rice research has been enabled by access to the high quality reference genome sequence generated in 2005 by the International Rice Genome Sequencing Project (IRGSP). To further facilitate genomic-enabled research, we have updated and validated the genome assembly and sequence for the Nipponbare cultivar of Oryza sativa (japonica group).The Nipponbare genome assembly was updated by revising and validating the minimal tiling path of clones with the optical map for rice. Sequencing errors in the revised genome assembly were identified by re-sequencing the genome of two different Nipponbare individuals using the Illumina Genome Analyzer II/IIx platform. A total of 4,886 sequencing errors were identified in 321 Mb of the assembled genome indicating an error rate in the original IRGSP assembly of only 0.15 per 10,000 nucleotides. A small number (five) of insertions/deletions were identified using longer reads generated using the Roche 454 pyrosequencing platform. As the re-sequencing data were generated from two different individuals, we were able to identify a number of allelic differences between the original individual used in the IRGSP effort and the two individuals used in the re-sequencing effort. The revised assembly, termed Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0, is now being used in updated releases of the Rice Annotation Project and the Michigan State University Rice Genome Annotation Project, thereby providing a unified set of pseudomolecules for the rice community.A revised, error-corrected, and validated assembly of the Nipponbare cultivar of rice was generated using optical map data, re-sequencing data, and manual curation that will facilitate on-going and future research in rice. Detection of polymorphisms between three different Nipponbare individuals highlights that allelic differences between individuals should be considered in diversity studies.

Exome sequencing of 343 families, each with a single child on the autism spectrum and at least one unaffected sibling, reveal de novo small indels and point substitutions, which come mostly from the paternal line in an age-dependent manner. We do not see significantly greater numbers of de novo missense mutations in affected versus unaffected children, but gene-disrupting mutations (nonsense, splice site, and frame shifts) are twice as frequent, 59 to 28. Based on this differential and the number of recurrent and total targets of gene disruption found in our and similar studies, we estimate between 350 and 400 autism susceptibility genes. Many of the disrupted genes in these studies are associated with the fragile X protein, FMRP, reinforcing links between autism and synaptic plasticity. We find FMRP-associated genes are under greater purifying selection than the remainder of genes and suggest they are especially dosage-sensitive targets of cognitive disorders.

An improved reference genome for maize, using single-molecule sequencing and high-resolution optical mapping, enables characterization of structural variation and repetitive regions, and identifies lineage expansions of transposable elements that are unique to maize. The maize genome was initially reported in 2009 but with some accuracy limitations. Doreen Ware and colleagues report a new reference genome for maize using single-molecule sequencing and high-resolution optical mapping. The technique shows improvements in the gene space including resolution of gaps and misassemblies and correction of order and orientation of genes. The authors characterize structural variation and repetitive regions, and identify transposable element lineage expansions unique to maize. Complete and accurate reference genomes and annotations provide fundamental tools for characterization of genetic and functional variation1. These resources facilitate the determination of biological processes and support translation of research findings into improved and sustainable agricultural technologies. Many reference genomes for crop plants have been generated over the past decade, but these genomes are often fragmented and missing complex repeat regions2. Here we report the assembly and annotation of a reference genome of maize, a genetic and agricultural model species, using single-molecule real-time sequencing and high-resolution optical mapping. Relative to the previous reference genome3, our assembly features a 52-fold increase in contig length and notable improvements in the assembly of intergenic spaces and centromeres. Characterization of the repetitive portion of the genome revealed more than 130,000 intact transposable elements, allowing us to identify transposable element lineage expansions that are unique to maize. Gene annotations were updated using 111,000 full-length transcripts obtained by single-molecule real-time sequencing4. In addition, comparative optical mapping of two other inbred maize lines revealed a prevalence of deletions in regions of low gene density and maize lineage-specific genes.

Bread wheat (Triticum aestivum) is a globally important crop, accounting for 20 per cent of the calories consumed by humans. Major efforts are underway worldwide to increase wheat production by extending genetic diversity and analysing key traits, and genomic resources can accelerate progress. But so far the very large size and polyploid complexity of the bread wheat genome have been substantial barriers to genome analysis. Here we report the sequencing of its large, 17-gigabase-pair, hexaploid genome using 454 pyrosequencing, and comparison of this with the sequences of diploid ancestral and progenitor genomes. We identified between 94,000 and 96,000 genes, and assigned two-thirds to the three component genomes (A, B and D) of hexaploid wheat. High-resolution synteny maps identified many small disruptions to conserved gene order. We show that the hexaploid genome is highly dynamic, with significant loss of gene family members on polyploidization and domestication, and an abundance of gene fragments. Several classes of genes involved in energy harvesting, metabolism and growth are among expanded gene families that could be associated with crop productivity. Our analyses, coupled with the identification of extensive genetic variation, provide a resource for accelerating gene discovery and improving this major crop. Sequencing of the hexaploid bread wheat genome shows that it is highly dynamic, with significant loss of gene family members on polyploidization and domestication, and an abundance of gene fragments. Two groups in this issue report the compilation and analysis of the genome sequences of major cereal crops — bread wheat and barley — providing important resources for future crop improvement. Bread wheat accounts for one-fifth of the calories consumed by humankind. It has a very large and complex hexaploid genome of 17 Gigabases. Michael Bevan and colleagues have analysed the genome using 454 pyrosequencing and compared it with diploid ancestral and progenitor genomes. The authors discovered significant loss of gene family members upon polyploidization and domestication, and expansion of gene classes that may be associated with crop productivity. Barley is one of the earliest domesticated plant crops. Although diploid, it has a very large genome of 5.1 Gigabases. Nils Stein and colleagues describe a physical map anchored to a high-resolution genetic map, on top of which they have overlaid a deep whole-genome shotgun assembly, cDNA and RNA-seq data to provide the first in-depth genome-wide survey of the barley genome.