Eukaryotic cells make many types of primary and processed RNAs that are found either in specific subcellular compartments or throughout the cells. A complete catalogue of these RNAs is not yet available and their characteristic subcellular localizations are also poorly understood. Because RNA represents the direct output of the genetic information encoded by genomes and a significant proportion of a cell's regulatory capabilities are focused on its synthesis, processing, transport, modification and translation, the generation of such a catalogue is crucial for understanding genome function. Here we report evidence that three-quarters of the human genome is capable of being transcribed, as well as observations about the range and levels of expression, localization, processing fates, regulatory regions and modifications of almost all currently annotated and thousands of previously unannotated RNAs. These observations, taken together, prompt a redefinition of the concept of a gene.

The human genome contains many thousands of long noncoding RNAs (lncRNAs). While several studies have demonstrated compelling biological and disease roles for individual examples, analytical and experimental approaches to investigate these genes have been hampered by the lack of comprehensive lncRNA annotation. Here, we present and analyze the most complete human lncRNA annotation to date, produced by the GENCODE consortium within the framework of the ENCODE project and comprising 9277 manually annotated genes producing 14,880 transcripts. Our analyses indicate that lncRNAs are generated through pathways similar to that of protein-coding genes, with similar histone-modification profiles, splicing signals, and exon/intron lengths. In contrast to protein-coding genes, however, lncRNAs display a striking bias toward two-exon transcripts, they are predominantly localized in the chromatin and nucleus, and a fraction appear to be preferentially processed into small RNAs. They are under stronger selective pressure than neutrally evolving sequences—particularly in their promoter regions, which display levels of selection comparable to protein-coding genes. Importantly, about one-third seem to have arisen within the primate lineage. Comprehensive analysis of their expression in multiple human organs and brain regions shows that lncRNAs are generally lower expressed than protein-coding genes, and display more tissue-specific expression patterns, with a large fraction of tissue-specific lncRNAs expressed in the brain. Expression correlation analysis indicates that lncRNAs show particularly striking positive correlation with the expression of antisense coding genes. This GENCODE annotation represents a valuable resource for future studies of lncRNAs.

This study describes comprehensive polling of transcription start and termination sites and analysis of previously unidentified full-length complementary DNAs derived from the mouse genome. We identify the 5' and 3' boundaries of 181,047 transcripts with extensive variation in transcripts arising from alternative promoter usage, splicing, and polyadenylation. There are 16,247 new mouse protein-coding transcripts, including 5154 encoding previously unidentified proteins. Genomic mapping of the transcriptome reveals transcriptional forests, with overlapping transcription on both strands, separated by deserts in which few transcripts are observed. The data provide a comprehensive platform for the comparative analysis of mammalian transcriptional regulation in differentiation and development.

Summary Full‐length cDNAs are essential for functional analysis of plant genes in the post‐sequencing era of the Arabidopsis genome. Recently, cDNA microarray analysis has been developed for quantitative analysis of global and simultaneous analysis of expression profiles. We have prepared a full‐length cDNA microarray containing ≈7000 independent, full‐length cDNA groups to analyse the expression profiles of genes under drought, cold (low temperature) and high‐salinity stress conditions over time. The transcripts of 53, 277 and 194 genes increased after cold, drought and high‐salinity treatments, respectively, more than fivefold compared with the control genes. We also identified many highly drought‐, cold‐ or high‐salinity‐ stress‐inducible genes. However, we observed strong relationships in the expression of these stress‐responsive genes based on Venn diagram analysis, and found 22 stress‐inducible genes that responded to all three stresses. Several gene groups showing different expression profiles were identified by analysis of their expression patterns during stress‐responsive gene induction. The cold‐inducible genes were classified into at least two gene groups from their expression profiles. DREB1A was included in a group whose expression peaked at 2 h after cold treatment. Among the drought, cold or high‐salinity stress‐inducible genes identified, we found 40 transcription factor genes (corresponding to ≈11% of all stress‐inducible genes identified), suggesting that various transcriptional regulatory mechanisms function in the drought, cold or high‐salinity stress signal transduction pathways.

Here we report the genome sequence of the honeybee Apis mellifera, a key model for social behaviour and essential to global ecology through pollination. Compared with other sequenced insect genomes, the A. mellifera genome has high A+T and CpG contents, lacks major transposon families, evolves more slowly, and is more similar to vertebrates for circadian rhythm, RNA interference and DNA methylation genes, among others. Furthermore, A. mellifera has fewer genes for innate immunity, detoxification enzymes, cuticle-forming proteins and gustatory receptors, more genes for odorant receptors, and novel genes for nectar and pollen utilization, consistent with its ecology and social organization. Compared to Drosophila, genes in early developmental pathways differ in Apis, whereas similarities exist for functions that differ markedly, such as sex determination, brain function and behaviour. Population genetics suggests a novel African origin for the species A. mellifera and insights into whether Africanized bees spread throughout the New World via hybridization or displacement.

The National Institutes of Health Mammalian Gene Collection (MGC) Program is a multiinstitutional effort to identify and sequence a cDNA clone containing a complete ORF for each human and mouse gene. ESTs were generated from libraries enriched for full-length cDNAs and analyzed to identify candidate full-ORF clones, which then were sequenced to high accuracy. The MGC has currently sequenced and verified the full ORF for a nonredundant set of >9,000 human and >6,000 mouse genes. Candidate full-ORF clones for an additional 7,800 human and 3,500 mouse genes also have been identified. All MGC sequences and clones are available without restriction through public databases and clone distribution networks (see http://mgc.nci.nih.gov ).

Antisense transcription (transcription from the opposite strand to a protein-coding or sense strand) has been ascribed roles in gene regulation involving degradation of the corresponding sense transcripts (RNA interference), as well as gene silencing at the chromatin level. Global transcriptome analysis provides evidence that a large proportion of the genome can produce transcripts from both strands, and that antisense transcripts commonly link neighboring “genes” in complex loci into chains of linked transcriptional units. Expression profiling reveals frequent concordant regulation of sense/antisense pairs. We present experimental evidence that perturbation of an antisense RNA can alter the expression of sense messenger RNAs, suggesting that antisense transcription contributes to control of transcriptional outputs in mammals.