The authors identify brain RNA targets for TDP-43, a RNA binding protein linked to ALS. RNAs derived from genes with very long introns were more affected by TDP-43 levels. TDP-43 also auto-regulated its own synthesis, partly by binding and enhancing the splicing of an intron in its 3′ UTR We used cross-linking and immunoprecipitation coupled with high-throughput sequencing to identify binding sites in 6,304 genes as the brain RNA targets for TDP-43, an RNA binding protein that, when mutated, causes amyotrophic lateral sclerosis. Massively parallel sequencing and splicing-sensitive junction arrays revealed that levels of 601 mRNAs were changed (including Fus (Tls), progranulin and other transcripts encoding neurodegenerative disease–associated proteins) and 965 altered splicing events were detected (including in sortilin, the receptor for progranulin) following depletion of TDP-43 from mouse adult brain with antisense oligonucleotides. RNAs whose levels were most depleted by reduction in TDP-43 were derived from genes with very long introns and that encode proteins involved in synaptic activity. Lastly, we found that TDP-43 autoregulates its synthesis, in part by directly binding and enhancing splicing of an intron in the 3′ untranslated region of its own transcript, thereby triggering nonsense-mediated RNA degradation.

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.

In this study, the authors compare the RNA binding patterns of FUS/TLS and TDP-43. Although these proteins regulate the processing of mostly distinct gene products, they do show concurrent regulation of a subset of neuronal transcripts that all have exceptionally long introns. FUS/TLS (fused in sarcoma/translocated in liposarcoma) and TDP-43 are integrally involved in amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia. We found that FUS/TLS binds to RNAs from >5,500 genes in mouse and human brain, primarily through a GUGGU-binding motif. We identified a sawtooth-like binding pattern, consistent with co-transcriptional deposition of FUS/TLS. Depletion of FUS/TLS from the adult nervous system altered the levels or splicing of >950 mRNAs, most of which are distinct from RNAs dependent on TDP-43. Abundance of only 45 RNAs was reduced after depletion of either TDP-43 or FUS/TLS from mouse brain, but among these were mRNAs that were transcribed from genes with exceptionally long introns and that encode proteins that are essential for neuronal integrity. Expression levels of a subset of these were lowered after TDP-43 or FUS/TLS depletion in stem cell–derived human neurons and in TDP-43 aggregate–containing motor neurons in sporadic ALS, supporting a common loss-of-function pathway as one component underlying motor neuron death from misregulation of TDP-43 or FUS/TLS.

Using CLIP-seq technology, the genome-wide binding sites of the FOX2 splicing regulator in human embryonic stem cells (hESCs) are now identified. Further work based on FOX2 depletion uncovers the underlying logic of FOX2-mediated regulation of alternative splicing and finds that such compromised hESCs undergo rapid cell death. The elucidation of a code for regulated splicing has been a long-standing goal in understanding the control of post-transcriptional gene expression events that are crucial for cell survival, differentiation and development. We decoded functional RNA elements in vivo by constructing an RNA map for the cell type–specific splicing regulator FOX2 (also known as RBM9) via cross-linking immunoprecipitation coupled with high-throughput sequencing (CLIP-seq) in human embryonic stem cells. The map identified a large cohort of specific FOX2 targets, many of which are themselves splicing regulators, and comparison between the FOX2 binding profile and validated splicing events revealed a general rule for FOX2-regulated exon inclusion or skipping in a position-dependent manner. These findings suggest that FOX2 functions as a critical regulator of a splicing network, and we further show that FOX2 is important for the survival of human embryonic stem cells.

Understanding how RNA binding proteins control the splicing code is fundamental to human biology and disease. Here, we present a comprehensive study to elucidate how heterogeneous nuclear ribonucleoparticle (hnRNP) proteins, among the most abundant RNA binding proteins, coordinate to regulate alternative pre-mRNA splicing (AS) in human cells. Using splicing-sensitive microarrays, crosslinking and immunoprecipitation coupled with high-throughput sequencing (CLIP-seq), and cDNA sequencing, we find that more than half of all AS events are regulated by multiple hnRNP proteins and that some combinations of hnRNP proteins exhibit significant synergy, whereas others act antagonistically. Our analyses reveal position-dependent RNA splicing maps, in vivo consensus binding sites, a surprising level of cross- and autoregulation among hnRNP proteins, and the coordinated regulation by hnRNP proteins of dozens of other RNA binding proteins and genes associated with cancer. Our findings define an unprecedented degree of complexity and compensatory relationships among hnRNP proteins and their splicing targets that likely confer robustness to cells.

The Rbfox family of developmentally important splicing factors controls alternative splicing in a tissue-specific manner. Genome-wide analyses now show that more than half of Rbfox-binding sites are located distally from exons, that these distal sites are conserved and functionally important, and that long-range RNA-RNA secondary structures mediate distal splicing regulation by Rbfox. Alternative splicing (AS) enables programmed diversity of gene expression across tissues and development. We show here that binding in distal intronic regions (>500 nucleotides (nt) from any exon) by Rbfox splicing factors important in development is extensive and is an active mode of splicing regulation. Similarly to exon-proximal sites, distal sites contain evolutionarily conserved GCATG sequences and are associated with AS activation and repression upon modulation of Rbfox abundance in human and mouse experimental systems. As a proof of principle, we validated the activity of two specific Rbfox enhancers in KIF21A and ENAH distal introns and showed that a conserved long-range RNA-RNA base-pairing interaction (an RNA bridge) is necessary for Rbfox-mediated exon inclusion in the ENAH gene. Thus we demonstrate a previously unknown RNA-mediated mechanism for AS control by distally bound RNA-binding proteins.

ABSTRACT Complete and accurate reference genomes and annotations provide fundamental tools for characterization of genetic and functional variation. These resources facilitate elucidation 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 regions. Here, we report the assembly and annotation of maize, a genetic and agricultural model species, using Single Molecule Real-Time (SMRT) sequencing and high-resolution optical mapping. Relative to the previous reference genome, our assembly features a 52-fold increase in contig length and significant improvements in the assembly of intergenic spaces and centromeres. Characterization of the repetitive portion of the genome revealed over 130,000 intact transposable elements (TEs), allowing us to identify TE lineage expansions unique to maize. Gene annotations were updated using 111,000 full-length transcripts obtained by SMRT sequencing. In addition, comparative optical mapping of two other inbreds revealed a prevalence of deletions in the low gene density region and maize lineage-specific genes.

The Genome in a Bottle Consortium, hosted by the National Institute of Standards and Technology (NIST) is creating reference materials and data for human genome sequencing, as well as methods for genome comparison and benchmarking. Here, we describe a large, diverse set of sequencing data for seven human genomes; five are current or candidate NIST Reference Materials. The pilot genome, NA12878, has been released as NIST RM 8398. We also describe data from two Personal Genome Project trios, one of Ashkenazim Jewish ancestry and one of Chinese ancestry. The data come from 12 technologies: BioNano Genomics, Complete Genomics paired-end and LFR, Ion Proton exome, Oxford Nanopore, Pacific Biosciences, SOLiD, 10X Genomics GemCodeTM WGS, and Illumina exome and WGS paired-end, mate-pair, and synthetic long reads. Cell lines, DNA, and data from these individuals are publicly available. Therefore, we expect these data to be useful for revealing novel information about the human genome and improving sequencing technologies, SNP, indel, and structural variant calling, and de novo assembly.