Phylostratigraphy is a computational framework for dating the emergence of sequences (usually genes) in a phylogeny. It has been extensively applied to make inferences on patterns of genome evolution, including patterns of disease gene evolution, ontogeny and de novo gene origination. Phylostratigraphy typically relies on BLAST searches along a species tree, but new simulation studies have raised concerns about the ability of BLAST to detect remote homologues and its impact on phylostratigraphic inferences. These simulations called into question some of our previously published work on patterns of gene emergence and evolution inferred from phylostratigraphy. Here, we re-assessed these simulations and found major problems including unrealistic parameter choices, irreproducibility, statistical flaws and partial representation of results. We found that, even with a possible overall BLAST false negative rate between 5-15%, the large majority (≥74%) of sequences assigned to a recent evolutionary origin by phylostratigraphy is unaffected by technical concerns about BLAST. Where the results of the simulations did cast doubt on our previous findings, we repeated our analyses but now excluded all questionable sequences. The originally described patterns remained essentially unchanged. These new analyses strongly support our published inferences, including: genes that emerged after the origin of eukaryotes are more likely to be expressed in the ectoderm than in the endoderm or mesoderm in Drosophila, and the de novo emergence of protein-coding genes from non-genic sequences occurs through proto-gene intermediates in yeast. We conclude that BLAST is an appropriate and sufficiently sensitive tool in phylostratigraphic analysis.

Even in the best studied Mammalian genomes, less than 5% of the total genome length is annotated as exonic. However, deep sequencing analysis in humans has shown that around 40% of the genome may be covered by poly-adenylated non-coding transcripts occurring at low levels. Their functional significance is unclear, and there has been a dispute whether they should be considered as noise of the transcriptional machinery. We propose that if such transcripts show some evolutionary stability they will serve as substrates for de novo gene evolution, i.e. gene emergence out of non-coding DNA. Here, we characterize the phylogenetic turnover of low-level poly-adenylated transcripts in a comprehensive sampling of populations, sub-species and species of the genus Mus, spanning a phylogenetic distance of about 10 Myr. We find evidence for more evolutionary stable gains of transcription than losses among closely related taxa, balanced by a loss of older transcripts across the whole phylogeny. We show that adding taxa increases the genomic transcript coverage and that no major transcript-free islands exist over time. This suggests that the entire genome can be transcribed into poly-adenylated RNA when viewed at an evolutionary time scale. Thus, any part of the "non-coding" genome can become subject to evolutionary functionalization via de novo gene evolution.

Craniofacial shape differences between taxa have often being linked to environmental adaptation, e.g. to new food sources, or have been studied in the context of domestication. Evidence for the genetic basis of such phenotypic differences to date suggests that within- as well as between-species variation has an oligogenic basis, i.e. few loci of large effect explain most of the variation. In mice, it has been shown that within-population craniofacial variation has a highly polygenic basis, but there are no data regarding the genetic basis of between-species differences. Here, we address this question using a phenotype-focused approach. Using 3D geometric morphometrics, we phenotyped a panel of mice derived from a natural hybrid zone between M. m. domesticus and M. m. musculus, and quantify the transition of craniofacial shape along the hybridization gradient. We find a continuous shape transition along the hybridization gradient, and unaltered developmental stability associated with hybridization. This suggests that the morphospace between the two subspecies is continuous despite reproductive isolation and strong barriers to gene flow. We show that quantitative changes in genome composition generate quantitative changes in craniofacial shape; this supports a highly polygenic basis for between-species craniofacial differences in the house mouse. We discuss our findings in the context of oligogenic versus polygenic models of the genetic architecture of morphological traits.

Mutations in mitochondrial DNA (mtDNA) lead to heteroplasmy, i.e. the intracellular coexistence of wild-type and mutant mtDNA strands, which impact a wide spectrum of diseases but also physiological processes, including endurance exercise performance in athletes. However, the phenotypic consequences of limited levels of naturally-arising heteroplasmy have not been experimentally studied to date. We hence generated a conplastic mouse strain carrying the mitochondrial genome of a AKR/J mouse strain (B6-mtAKR) together with a C57BL/6J nuclear genomic background, leading to >20% heteroplasmy in the origin of light-strand DNA replication (OriL). These conplastic mice demonstrate a shorter lifespan as well as dysregulation of multiple metabolic pathways, culminating in impaired glucose metabolism, compared to wild-type C57BL/6J mice carrying lower levels of heteroplasmy. Our results indicate that physiologically relevant differences in mtDNA heteroplasmy levels at a single, functionally important site impair metabolic health and lifespan in mice.