We report the draft genome of the black cottonwood tree, Populus trichocarpa . Integration of shotgun sequence assembly with genetic mapping enabled chromosome-scale reconstruction of the genome. More than 45,000 putative protein-coding genes were identified. Analysis of the assembled genome revealed a whole-genome duplication event; about 8000 pairs of duplicated genes from that event survived in the Populus genome. A second, older duplication event is indistinguishably coincident with the divergence of the Populus and Arabidopsis lineages. Nucleotide substitution, tandem gene duplication, and gross chromosomal rearrangement appear to proceed substantially more slowly in Populus than in Arabidopsis. Populus has more protein-coding genes than Arabidopsis , ranging on average from 1.4 to 1.6 putative Populus homologs for each Arabidopsis gene. However, the relative frequency of protein domains in the two genomes is similar. Overrepresented exceptions in Populus include genes associated with lignocellulosic wall biosynthesis, meristem development, disease resistance, and metabolite transport.

Sorghum, an African grass related to sugar cane and maize, is grown for food, feed, fibre and fuel. We present an initial analysis of the ∼730-megabase Sorghum bicolor (L.) Moench genome, placing ∼98% of genes in their chromosomal context using whole-genome shotgun sequence validated by genetic, physical and syntenic information. Genetic recombination is largely confined to about one-third of the sorghum genome with gene order and density similar to those of rice. Retrotransposon accumulation in recombinationally recalcitrant heterochromatin explains the ∼75% larger genome size of sorghum compared with rice. Although gene and repetitive DNA distributions have been preserved since palaeopolyploidization ∼70 million years ago, most duplicated gene sets lost one member before the sorghum–rice divergence. Concerted evolution makes one duplicated chromosomal segment appear to be only a few million years old. About 24% of genes are grass-specific and 7% are sorghum-specific. Recent gene and microRNA duplications may contribute to sorghum’s drought tolerance. The Sorghum bicolor genome sequence is published this week. Sorghum is a cereal grown widely as food, animal feed, fibre and fuel. Tolerant to hot, dry conditions, it is a staple for large populations in the West African Sahel region. Comparisons of the genome with those of maize and rice shed light on the evolution of grasses and of C4 photosynthesis, which is particularly efficient at assimilating carbon at high temperatures. In addition, protein coding genes and miRNAs that could contribute to sorghum's drought tolerance may also be found. Sorghum yield improvement has lagged behind that of other crops and the availability of the genome sequence could provide a vital boost to work on its improvement. Sorghum is an African grass that is grown for food, animal feed and fuel. The current paper presents an initial analysis of the ∼730 megabase genome of Sorghum bicolor. Genome analysis and its comparison with maize and rice shed light on grass genome evolution and also provide insights into the evolution of C4 photosynthesis, as well as protein coding genes and miRNAs that might contribute to sorghum's drought tolerance.

The compact genome of Fugu rubripes has been sequenced to over 95% coverage, and more than 80% of the assembly is in multigene-sized scaffolds. In this 365-megabase vertebrate genome, repetitive DNA accounts for less than one-sixth of the sequence, and gene loci occupy about one-third of the genome. As with the human genome, gene loci are not evenly distributed, but are clustered into sparse and dense regions. Some “giant” genes were observed that had average coding sequence sizes but were spread over genomic lengths significantly larger than those of their human orthologs. Although three-quarters of predicted human proteins have a strong match to Fugu , approximately a quarter of the human proteins had highly diverged from or had no pufferfish homologs, highlighting the extent of protein evolution in the 450 million years since teleosts and mammals diverged. Conserved linkages between Fugu and human genes indicate the preservation of chromosomal segments from the common vertebrate ancestor, but with considerable scrambling of gene order.

Sea anemones are seemingly primitive animals that, along with corals, jellyfish, and hydras, constitute the oldest eumetazoan phylum, the Cnidaria. Here, we report a comparative analysis of the draft genome of an emerging cnidarian model, the starlet sea anemone Nematostella vectensis . The sea anemone genome is complex, with a gene repertoire, exon-intron structure, and large-scale gene linkage more similar to vertebrates than to flies or nematodes, implying that the genome of the eumetazoan ancestor was similarly complex. Nearly one-fifth of the inferred genes of the ancestor are eumetazoan novelties, which are enriched for animal functions like cell signaling, adhesion, and synaptic transmission. Analysis of diverse pathways suggests that these gene “inventions” along the lineage leading to animals were likely already well integrated with preexisting eukaryotic genes in the eumetazoan progenitor.

An ordered draft sequence of the 17-gigabase hexaploid bread wheat ( Triticum aestivum ) genome has been produced by sequencing isolated chromosome arms. We have annotated 124,201 gene loci distributed nearly evenly across the homeologous chromosomes and subgenomes. Comparative gene analysis of wheat subgenomes and extant diploid and tetraploid wheat relatives showed that high sequence similarity and structural conservation are retained, with limited gene loss, after polyploidization. However, across the genomes there was evidence of dynamic gene gain, loss, and duplication since the divergence of the wheat lineages. A high degree of transcriptional autonomy and no global dominance was found for the subgenomes. These insights into the genome biology of a polyploid crop provide a springboard for faster gene isolation, rapid genetic marker development, and precise breeding to meet the needs of increasing food demand worldwide.

Choanoflagellates are the closest known relatives of metazoans. To discover potential molecular mechanisms underlying the evolution of metazoan multicellularity, we sequenced and analysed the genome of the unicellular choanoflagellate Monosiga brevicollis. The genome contains approximately 9,200 intron-rich genes, including a number that encode cell adhesion and signalling protein domains that are otherwise restricted to metazoans. Here we show that the physical linkages among protein domains often differ between M. brevicollis and metazoans, suggesting that abundant domain shuffling followed the separation of the choanoflagellate and metazoan lineages. The completion of the M. brevicollis genome allows us to reconstruct with increasing resolution the genomic changes that accompanied the origin of metazoans. The genome sequence of the marine choanoflagellate Monosiga brevicollis has now been determined. Choanoflagellates are a mainly sessile group of protozoa resembling the 'feeding cells' of sponges, and are considered to be the closest living unicellular relatives of multicellular animals. Comparison of the M. brevicollis sequence with metazoan genomes suggests that the last unicellular ancestor of animals had intron-rich genes, some encoding protein domains characteristically associated with cell adhesion and the extracellular matrix in animals. This organism is strictly unicellular, but other choanoflagellates form colonies and may provide clues as to the origin of cell signalling and other systems in early metazoans.

Draft genome sequences have been determined for the soybean pathogen Phytophthora sojae and the sudden oak death pathogen Phytophthora ramorum. Oömycetes such as these Phytophthora species share the kingdom Stramenopila with photosynthetic algae such as diatoms, and the presence of many Phytophthora genes of probable phototroph origin supports a photosynthetic ancestry for the stramenopiles. Comparison of the two species' genomes reveals a rapid expansion and diversification of many protein families associated with plant infection such as hydrolases, ABC transporters, protein toxins, proteinase inhibitors, and, in particular, a superfamily of 700 proteins with similarity to known oömycete avirulence genes.

Sponges are an ancient group of animals that diverged from other metazoans over 600 million years ago. Here we present the draft genome sequence of Amphimedon queenslandica, a demosponge from the Great Barrier Reef, and show that it is remarkably similar to other animal genomes in content, structure and organization. Comparative analysis enabled by the sequencing of the sponge genome reveals genomic events linked to the origin and early evolution of animals, including the appearance, expansion and diversification of pan-metazoan transcription factor, signalling pathway and structural genes. This diverse 'toolkit' of genes correlates with critical aspects of all metazoan body plans, and comprises cell cycle control and growth, development, somatic- and germ-cell specification, cell adhesion, innate immunity and allorecognition. Notably, many of the genes associated with the emergence of animals are also implicated in cancer, which arises from defects in basic processes associated with metazoan multicellularity.

To explore the origins and consequences of tetraploidy in the African clawed frog, we sequenced the Xenopus laevis genome and compared it to the related diploid X. tropicalis genome. We characterize the allotetraploid origin of X. laevis by partitioning its genome into two homoeologous subgenomes, marked by distinct families of ‘fossil’ transposable elements. On the basis of the activity of these elements and the age of hundreds of unitary pseudogenes, we estimate that the two diploid progenitor species diverged around 34 million years ago (Ma) and combined to form an allotetraploid around 17–18 Ma. More than 56% of all genes were retained in two homoeologous copies. Protein function, gene expression, and the amount of conserved flanking sequence all correlate with retention rates. The subgenomes have evolved asymmetrically, with one chromosome set more often preserving the ancestral state and the other experiencing more gene loss, deletion, rearrangement, and reduced gene expression. The two homoeologous subgenomes in the allotetraploid frog Xenopus laevis evolved asymmetrically; one often retained the ancestral state, whereas the other experienced gene loss, deletion, rearrangement and reduced gene expression. Xenopus laevis, also known as the African clawed frog or platanna, is an important model organism that is used in the study of vertebrate cell and developmental biology. It is a palaeotetraploid—the product of genome duplications that occurred many millions of years ago. This makes X. laevis ideal for the study of polyploidy, but has greatly complicated genome sequencing. Here an international research collaboration reports the X. laevis genome sequence and compares it to that of the related X. tropicalis. Their analyses confirm that X. laevis is an allotetraploid and distinguishes two subgenomes that evolved asymmetrically—one often retained the ancestral state and the other was subject to gene loss, deletion, rearrangement and reduced expression. The two diploid progenitor species diverged about 34 million years ago, combining to form an allotetraploid about 18 million years ago.