The human genome holds an extraordinary trove of information about human development, physiology, medicine and evolution. Here we report the results of an international collaboration to produce and make freely available a draft sequence of the human genome. We also present an initial analysis of the data, describing some of the insights that can be gleaned from the sequence.

We report the generation and analysis of functional data from multiple, diverse experiments performed on a targeted 1% of the human genome as part of the pilot phase of the ENCODE Project. These data have been further integrated and augmented by a number of evolutionary and computational analyses. Together, our results advance the collective knowledge about human genome function in several major areas. First, our studies provide convincing evidence that the genome is pervasively transcribed, such that the majority of its bases can be found in primary transcripts, including non-protein-coding transcripts, and those that extensively overlap one another. Second, systematic examination of transcriptional regulation has yielded new understanding about transcription start sites, including their relationship to specific regulatory sequences and features of chromatin accessibility and histone modification. Third, a more sophisticated view of chromatin structure has emerged, including its inter-relationship with DNA replication and transcriptional regulation. Finally, integration of these new sources of information, in particular with respect to mammalian evolution based on inter- and intra-species sequence comparisons, has yielded new mechanistic and evolutionary insights concerning the functional landscape of the human genome. Together, these studies are defining a path for pursuit of a more comprehensive characterization of human genome function. The ENCODE project — standing for ENCyclopedia Of DNA Elements — has set out to identify all the functional elements in the human genome. With the genome sequence now established, the next challenge is to discover how the cell actually uses it as an instruction manual. The ENCODE consortium has completed the 'proof-of-principle' pilot phase of the project, an analysis of functional elements in a targeted 1% of the human genome. The results, published this week, suggest that most bases in the genome are found in primary transcripts, including non-protein-coding transcripts and those that overlap. Examination of transcriptional regulation has yielded new understanding about transcription start sites, and a more sophisticated view about chromatin structure. Integration of these data, in particular with respect to mammalian evolution, reveals new insights about how the information coded in the DNA blueprint is turned into functioning systems in the living cell. The next step after sequencing a genome is to figure out how the cell actually uses it as an instruction manual. A large international consortium has examined 1% of the genome for what part is transcribed, where proteins are bound, what the chromatin structure looks like, and how the sequence compares to that of other organisms.

The recent advent of methods for high-throughput single-cell molecular profiling has catalyzed a growing sense in the scientific community that the time is ripe to complete the 150-year-old effort to identify all cell types in the human body. The Human Cell Atlas Project is an international collaborative effort that aims to define all human cell types in terms of distinctive molecular profiles (such as gene expression profiles) and to connect this information with classical cellular descriptions (such as location and morphology). An open comprehensive reference map of the molecular state of cells in healthy human tissues would propel the systematic study of physiological states, developmental trajectories, regulatory circuitry and interactions of cells, and also provide a framework for understanding cellular dysregulation in human disease. Here we describe the idea, its potential utility, early proofs-of-concept, and some design considerations for the Human Cell Atlas, including a commitment to open data, code, and community.

Knowledge of the complete genomic DNA sequence of an organism allows a systematic approach to defining its genetic components. The genomic sequence provides access to the complete structures of all genes, including those without known function, their control elements, and, by inference, the proteins they encode, as well as all other biologically important sequences. Furthermore, the sequence is a rich and permanent source of information for the design of further biological studies of the organism and for the study of evolution through cross-species sequence comparison. The power of this approach has been amply demonstrated by the determination of the sequences of a number of microbial and model organisms. The next step is to obtain the complete sequence of the entire human genome. Here we report the sequence of the euchromatic part of human chromosome 22. The sequence obtained consists of 12 contiguous segments spanning 33.4 megabases, contains at least 545 genes and 134 pseudogenes, and provides the first view of the complex chromosomal landscapes that will be found in the rest of the genome.

The contribution of rare and low-frequency variants to human traits is largely unexplored. Here we describe insights from sequencing whole genomes (low read depth, 7×) or exomes (high read depth, 80×) of nearly 10,000 individuals from population-based and disease collections. In extensively phenotyped cohorts we characterize over 24 million novel sequence variants, generate a highly accurate imputation reference panel and identify novel alleles associated with levels of triglycerides (APOB), adiponectin (ADIPOQ) and low-density lipoprotein cholesterol (LDLR and RGAG1) from single-marker and rare variant aggregation tests. We describe population structure and functional annotation of rare and low-frequency variants, use the data to estimate the benefits of sequencing for association studies, and summarize lessons from disease-specific collections. Finally, we make available an extensive resource, including individual-level genetic and phenotypic data and web-based tools to facilitate the exploration of association results.

The Ensembl project (http://www.ensembl.org) provides genome information for sequenced chordate genomes with a particular focus on human, mouse, zebrafish and rat. Our resources include evidenced-based gene sets for all supported species; large-scale whole genome multiple species alignments across vertebrates and clade-specific alignments for eutherian mammals, primates, birds and fish; variation data resources for 17 species and regulation annotations based on ENCODE and other data sets. Ensembl data are accessible through the genome browser at http://www.ensembl.org and through other tools and programmatic interfaces.

The Ensembl project (http://www.ensembl.org) provides genome resources for chordate genomes with a particular focus on human genome data as well as data for key model organisms such as mouse, rat and zebrafish. Five additional species were added in the last year including gibbon (Nomascus leucogenys) and Tasmanian devil (Sarcophilus harrisii) bringing the total number of supported species to 61 as of Ensembl release 64 (September 2011). Of these, 55 species appear on the main Ensembl website and six species are provided on the Ensembl preview site (Pre!Ensembl; http://pre.ensembl.org) with preliminary support. The past year has also seen improvements across the project.

The human genome is thought to harbor 50,000 to 100,000 genes, of which about half have been sampled to date in the form of expressed sequence tags. An international consortium was organized to develop and map gene-based sequence tagged site markers on a set of two radiation hybrid panels and a yeast artificial chromosome library. More than 16,000 human genes have been mapped relative to a framework map that contains about 1000 polymorphic genetic markers. The gene map unifies the existing genetic and physical maps with the nucleotide and protein sequence databases in a fashion that should speed the discovery of genes underlying inherited human disease. The integrated resource is available through a site on the World Wide Web at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/SCIENCE96/ .

The cytidine (C) to uridine (U) editing of apolipoprotein (apo) B mRNA is mediated by tissue-specific, RNA-binding cytidine deaminase APOBEC1. APOBEC1 is structurally homologous to Escherichia coli cytidine deaminase (ECCDA), but has evolved specific features required for RNA substrate binding and editing. A signature sequence for APOBEC1 has been used to identify other members of this family. One of these genes, designated APOBEC2, is found on chromosome 6. Another gene corresponds to the activation-induced deaminase (AID) gene, which is located adjacent to APOBEC1 on chromosome 12. Seven additional genes, or pseudogenes (designated APOBEC3A to 3G), are arrayed in tandem on chromosome 22. Not present in rodents, this locus is apparently an anthropoid-specific expansion of the APOBEC family. The conclusion that these new genes encode orphan C to U RNA-editing enzymes of the APOBEC family comes from similarity in amino acid sequence with APOBEC1, conserved intron/exon organization, tissue-specific expression, homodimerization, and zinc and RNA binding similar to APOBEC1. Tissue-specific expression of these genes in a variety of cell lines, along with other evidence, suggests a role for these enzymes in growth or cell cycle control.

The Ensembl project ( http://www.ensembl.org ) seeks to enable genomic science by providing high quality, integrated annotation on chordate and selected eukaryotic genomes within a consistent and accessible infrastructure. All supported species include comprehensive, evidence-based gene annotations and a selected set of genomes includes additional data focused on variation, comparative, evolutionary, functional and regulatory annotation. The most advanced resources are provided for key species including human, mouse, rat and zebrafish reflecting the popularity and importance of these species in biomedical research. As of Ensembl release 59 (August 2010), 56 species are supported of which 5 have been added in the past year. Since our previous report, we have substantially improved the presentation and integration of both data of disease relevance and the regulatory state of different cell types.