De novo assembly of RNA-seq data enables researchers to study transcriptomes without the need for a genome sequence; this approach can be usefully applied, for instance, in research on 'non-model organisms' of ecological and evolutionary importance, cancer samples or the microbiome. In this protocol we describe the use of the Trinity platform for de novo transcriptome assembly from RNA-seq data in non-model organisms. We also present Trinity-supported companion utilities for downstream applications, including RSEM for transcript abundance estimation, R/Bioconductor packages for identifying differentially expressed transcripts across samples and approaches to identify protein-coding genes. In the procedure, we provide a workflow for genome-independent transcriptome analysis leveraging the Trinity platform. The software, documentation and demonstrations are freely available from http://trinityrnaseq.sourceforge.net . The run time of this protocol is highly dependent on the size and complexity of data to be analyzed. The example data set analyzed in the procedure detailed herein can be processed in less than 5 h.

EVidenceModeler (EVM) is presented as an automated eukaryotic gene structure annotation tool that reports eukaryotic gene structures as a weighted consensus of all available evidence. EVM, when combined with the Program to Assemble Spliced Alignments (PASA), yields a comprehensive, configurable annotation system that predicts protein-coding genes and alternatively spliced isoforms. Our experiments on both rice and human genome sequences demonstrate that EVM produces automated gene structure annotation approaching the quality of manual curation.

In The Institute for Genomic Research Rice Genome Annotation project (Author Webpage), we have continued to update the rice genome sequence with new data and improve the quality of the annotation. In our current release of annotation (Release 4.0; January 12, 2006), we have identified 42 653 non-transposable element-related genes encoding 49 472 gene models as a result of the detection of alternative splicing. We have refined our identification methods for transposable element-related genes resulting in 13 237 genes that are related to transposable elements. Through incorporation of multiple transcript and proteomic expression data sets, we have been able to annotate 24 799 genes (31 739 gene models), representing ∼50% of the total gene models, as expressed in the rice genome. All structural and functional annotation is viewable through our Rice Genome Browser which currently supports 59 tracks. Enhanced data access is available through web interfaces, FTP downloads and a Data Extractor tool developed in order to support discrete dataset downloads.

We present a draft sequence of the genome of Aedes aegypti , the primary vector for yellow fever and dengue fever, which at ∼1376 million base pairs is about 5 times the size of the genome of the malaria vector Anopheles gambiae . Nearly 50% of the Ae. aegypti genome consists of transposable elements. These contribute to a factor of ∼4 to 6 increase in average gene length and in sizes of intergenic regions relative to An. gambiae and Drosophila melanogaster . Nonetheless, chromosomal synteny is generally maintained among all three insects, although conservation of orthologous gene order is higher (by a factor of ∼2) between the mosquito species than between either of them and the fruit fly. An increase in genes encoding odorant binding, cytochrome P450, and cuticle domains relative to An. gambiae suggests that members of these protein families underpin some of the biological differences between the two mosquito species.

Abstract The characterization of baseline microbial and functional diversity in the human microbiome has enabled studies of microbiome-related disease, diversity, biogeography, and molecular function. The National Institutes of Health Human Microbiome Project has provided one of the broadest such characterizations so far. Here we introduce a second wave of data from the study, comprising 1,631 new metagenomes (2,355 total) targeting diverse body sites with multiple time points in 265 individuals. We applied updated profiling and assembly methods to provide new characterizations of microbiome personalization. Strain identification revealed subspecies clades specific to body sites; it also quantified species with phylogenetic diversity under-represented in isolate genomes. Body-wide functional profiling classified pathways into universal, human-enriched, and body site-enriched subsets. Finally, temporal analysis decomposed microbial variation into rapidly variable, moderately variable, and stable subsets. This study furthers our knowledge of baseline human microbial diversity and enables an understanding of personalized microbiome function and dynamics.

News from the Inner Tube of Life A major initiative by the U.S. National Institutes of Health to sequence 900 genomes of microorganisms that live on the surfaces and orifices of the human body has established standardized protocols and methods for such large-scale reference sequencing. By combining previously accumulated data with new data, Nelson et al. (p. 994 ) present an initial analysis of 178 bacterial genomes. The sampling so far barely scratches the surface of the microbial diversity found on humans, but the work provides an important baseline for future analyses.

Castor beans are best known as a source of industrial lubricants and the toxic bioterror threat, ricin, and they have potential to provide biofuel. Chan et al. present the draft sequence of the Ricinus communis genome, the first for a member of the Euphorbiaceae. Castor bean (Ricinus communis) is an oilseed crop that belongs to the spurge (Euphorbiaceae) family, which comprises ∼6,300 species that include cassava (Manihot esculenta), rubber tree (Hevea brasiliensis) and physic nut (Jatropha curcas). It is primarily of economic interest as a source of castor oil, used for the production of high-quality lubricants because of its high proportion of the unusual fatty acid ricinoleic acid. However, castor bean genomics is also relevant to biosecurity as the seeds contain high levels of ricin, a highly toxic, ribosome-inactivating protein. Here we report the draft genome sequence of castor bean (4.6-fold coverage), the first for a member of the Euphorbiaceae. Whereas most of the key genes involved in oil synthesis and turnover are single copy, the number of members of the ricin gene family is larger than previously thought. Comparative genomics analysis suggests the presence of an ancient hexaploidization event that is conserved across the dicotyledonous lineage.

We present the genome sequences of a new clinical isolate of the important human pathogen, Aspergillus fumigatus, A1163, and two closely related but rarely pathogenic species, Neosartorya fischeri NRRL181 and Aspergillus clavatus NRRL1. Comparative genomic analysis of A1163 with the recently sequenced A. fumigatus isolate Af293 has identified core, variable and up to 2% unique genes in each genome. While the core genes are 99.8% identical at the nucleotide level, identity for variable genes can be as low 40%. The most divergent loci appear to contain heterokaryon incompatibility (het) genes associated with fungal programmed cell death such as developmental regulator rosA. Cross-species comparison has revealed that 8.5%, 13.5% and 12.6%, respectively, of A. fumigatus, N. fischeri and A. clavatus genes are species-specific. These genes are significantly smaller in size than core genes, contain fewer exons and exhibit a subtelomeric bias. Most of them cluster together in 13 chromosomal islands, which are enriched for pseudogenes, transposons and other repetitive elements. At least 20% of A. fumigatus-specific genes appear to be functional and involved in carbohydrate and chitin catabolism, transport, detoxification, secondary metabolism and other functions that may facilitate the adaptation to heterogeneous environments such as soil or a mammalian host. Contrary to what was suggested previously, their origin cannot be attributed to horizontal gene transfer (HGT), but instead is likely to involve duplication, diversification and differential gene loss (DDL). The role of duplication in the origin of lineage-specific genes is further underlined by the discovery of genomic islands that seem to function as designated “gene dumps” and, perhaps, simultaneously, as “gene factories”.

Abstract The primary motor cortex (M1) is essential for voluntary fine-motor control and is functionally conserved across mammals 1 . Here, using high-throughput transcriptomic and epigenomic profiling of more than 450,000 single nuclei in humans, marmoset monkeys and mice, we demonstrate a broadly conserved cellular makeup of this region, with similarities that mirror evolutionary distance and are consistent between the transcriptome and epigenome. The core conserved molecular identities of neuronal and non-neuronal cell types allow us to generate a cross-species consensus classification of cell types, and to infer conserved properties of cell types across species. Despite the overall conservation, however, many species-dependent specializations are apparent, including differences in cell-type proportions, gene expression, DNA methylation and chromatin state. Few cell-type marker genes are conserved across species, revealing a short list of candidate genes and regulatory mechanisms that are responsible for conserved features of homologous cell types, such as the GABAergic chandelier cells. This consensus transcriptomic classification allows us to use patch–seq (a combination of whole-cell patch-clamp recordings, RNA sequencing and morphological characterization) to identify corticospinal Betz cells from layer 5 in non-human primates and humans, and to characterize their highly specialized physiology and anatomy. These findings highlight the robust molecular underpinnings of cell-type diversity in M1 across mammals, and point to the genes and regulatory pathways responsible for the functional identity of cell types and their species-specific adaptations.

The Aspergillus Genome Database (AspGD; http://www.aspgd.org) is a freely available web-based resource that was designed for Aspergillus researchers and is also a valuable source of information for the entire fungal research community. In addition to being a repository and central point of access to genome, transcriptome and polymorphism data, AspGD hosts a comprehensive comparative genomics toolbox that facilitates the exploration of precomputed orthologs among the 20 currently available Aspergillus genomes. AspGD curators perform gene product annotation based on review of the literature for four key Aspergillus species: Aspergillus nidulans, Aspergillus oryzae, Aspergillus fumigatus and Aspergillus niger. We have iteratively improved the structural annotation of Aspergillus genomes through the analysis of publicly available transcription data, mostly expressed sequenced tags, as described in a previous NAR Database article (Arnaud et al. 2012). In this update, we report substantive structural annotation improvements for A. nidulans, A. oryzae and A. fumigatus genomes based on recently available RNA-Seq data. Over 26 000 loci were updated across these species; although those primarily comprise the addition and extension of untranslated regions (UTRs), the new analysis also enabled over 1000 modifications affecting the coding sequence of genes in each target genome.