We report the draft genome sequence of the model moss Physcomitrella patens and compare its features with those of flowering plants, from which it is separated by more than 400 million years, and unicellular aquatic algae. This comparison reveals genomic changes concomitant with the evolutionary movement to land, including a general increase in gene family complexity; loss of genes associated with aquatic environments (e.g., flagellar arms); acquisition of genes for tolerating terrestrial stresses (e.g., variation in temperature and water availability); and the development of the auxin and abscisic acid signaling pathways for coordinating multicellular growth and dehydration response. The Physcomitrella genome provides a resource for phylogenetic inferences about gene function and for experimental analysis of plant processes through this plant's unique facility for reverse genetics.

Three subfamilies of grasses, the Ehrhartoideae, Panicoideae and Pooideae, provide the bulk of human nutrition and are poised to become major sources of renewable energy. Here we describe the genome sequence of the wild grass Brachypodium distachyon (Brachypodium), which is, to our knowledge, the first member of the Pooideae subfamily to be sequenced. Comparison of the Brachypodium, rice and sorghum genomes shows a precise history of genome evolution across a broad diversity of the grasses, and establishes a template for analysis of the large genomes of economically important pooid grasses such as wheat. The high-quality genome sequence, coupled with ease of cultivation and transformation, small size and rapid life cycle, will help Brachypodium reach its potential as an important model system for developing new energy and food crops.

The human genome is by far the largest genome to be sequenced, and its size and complexity present many challenges for sequence assembly. The International Human Genome Sequencing Consortium constructed a map of the whole genome to enable the selection of clones for sequencing and for the accurate assembly of the genome sequence. Here we report the construction of the whole-genome bacterial artificial chromosome (BAC) map and its integration with previous landmark maps and information from mapping efforts focused on specific chromosomal regions. We also describe the integration of sequence data with the map.

Shaping Plant Evolution Amborella trichopoda is understood to be the most basal extant flowering plant and its genome is anticipated to provide insights into the evolution of plant life on Earth (see the Perspective by Adams ). To validate and assemble the sequence, Chamala et al. (p. 1516 ) combined fluorescent in situ hybridization (FISH), genomic mapping, and next-generation sequencing. The Amborella Genome Project (p. 10.1126/science.1241089 ) was able to infer that a whole-genome duplication event preceded the evolution of this ancestral angiosperm, and Rice et al. (p. 1468 ) found that numerous genes in the mitochondrion were acquired by horizontal gene transfer from other plants, including almost four entire mitochondrial genomes from mosses and algae.

The zebrafish is an important vertebrate model for the mutational analysis of genes effecting developmental processes. Understanding the relationship between zebrafish genes and mutations with those of humans will require understanding the syntenic correspondence between the zebrafish and human genomes. High throughput gene and EST mapping projects in zebrafish are now facilitating this goal. Map positions for 523 zebrafish genes and ESTs with predicted human orthologs reveal extensive contiguous blocks of synteny between the zebrafish and human genomes. Eighty percent of genes and ESTs analyzed belong to conserved synteny groups (two or more genes linked in both zebrafish and human) and 56% of all genes analyzed fall in 118 homology segments (uninterrupted segments containing two or more contiguous genes or ESTs with conserved map order between the zebrafish and human genomes). This work now provides a syntenic relationship to the human genome for the majority of the zebrafish genome.

Following the domestication of maize over the past approximately 10,000 years, breeders have exploited the extensive genetic diversity of this species to mold its phenotype to meet human needs. The extent of structural variation, including copy number variation (CNV) and presence/absence variation (PAV), which are thought to contribute to the extraordinary phenotypic diversity and plasticity of this important crop, have not been elucidated. Whole-genome, array-based, comparative genomic hybridization (CGH) revealed a level of structural diversity between the inbred lines B73 and Mo17 that is unprecedented among higher eukaryotes. A detailed analysis of altered segments of DNA conservatively estimates that there are several hundred CNV sequences among the two genotypes, as well as several thousand PAV sequences that are present in B73 but not Mo17. Haplotype-specific PAVs contain hundreds of single-copy, expressed genes that may contribute to heterosis and to the extraordinary phenotypic diversity of this important crop.

Rice was chosen as a model organism for genome sequencing because of its economic importance, small genome size, and syntenic relationship with other cereal species. We have constructed a bacterial artificial chromosome fingerprint-based physical map of the rice genome to facilitate the whole-genome sequencing of rice. Most of the rice genome ( approximately 90.6%) was anchored genetically by overgo hybridization, DNA gel blot hybridization, and in silico anchoring. Genome sequencing data also were integrated into the rice physical map. Comparison of the genetic and physical maps reveals that recombination is suppressed severely in centromeric regions as well as on the short arms of chromosomes 4 and 10. This integrated high-resolution physical map of the rice genome will greatly facilitate whole-genome sequencing by helping to identify a minimum tiling path of clones to sequence. Furthermore, the physical map will aid map-based cloning of agronomically important genes and will provide an important tool for the comparative analysis of grass genomes.

Myxobacteria are single-celled, but social, eubacterial predators. Upon starvation they build multicellular fruiting bodies using a developmental program that progressively changes the pattern of cell movement and the repertoire of genes expressed. Development terminates with spore differentiation and is coordinated by both diffusible and cell-bound signals. The growth and development of Myxococcus xanthus is regulated by the integration of multiple signals from outside the cells with physiological signals from within. A collection of M. xanthus cells behaves, in many respects, like a multicellular organism. For these reasons M. xanthus offers unparalleled access to a regulatory network that controls development and that organizes cell movement on surfaces. The genome of M. xanthus is large (9.14 Mb), considerably larger than the other sequenced δ-proteobacteria. We suggest that gene duplication and divergence were major contributors to genomic expansion from its progenitor. More than 1,500 duplications specific to the myxobacterial lineage were identified, representing >15% of the total genes. Genes were not duplicated at random; rather, genes for cell–cell signaling, small molecule sensing, and integrative transcription control were amplified selectively. Families of genes encoding the production of secondary metabolites are overrepresented in the genome but may have been received by horizontal gene transfer and are likely to be important for predation.

Summary A massively parallel pyro‐sequencing technology commercialized by 454 Life Sciences Corporation was used to sequence the transcriptomes of shoot apical meristems isolated from two inbred lines of maize using laser capture microdissection (LCM). A computational pipeline that uses the POLYBAYES polymorphism detection system was adapted for 454 ESTs and used to detect SNPs (single nucleotide polymorphisms) between the two inbred lines. Putative SNPs were computationally identified using 260 000 and 280 000 454 ESTs from the B73 and Mo17 inbred lines, respectively. Over 36 000 putative SNPs were detected within 9980 unique B73 genomic anchor sequences (MAGIs). Stringent post‐processing reduced this number to > 7000 putative SNPs. Over 85% (94/110) of a sample of these putative SNPs were successfully validated by Sanger sequencing. Based on this validation rate, this pilot experiment conservatively identified > 4900 valid SNPs within > 2400 maize genes. These results demonstrate that 454‐based transcriptome sequencing is an excellent method for the high‐throughput acquisition of gene‐associated SNPs.

454 DNA sequencing technology achieves significant throughput relative to traditional approaches. More than 261,000 ESTs were generated by 454 Life Sciences from cDNA isolated using laser capture microdissection (LCM) from the developmentally important shoot apical meristem (SAM) of maize ( Zea mays L.). This single sequencing run annotated >25,000 maize genomic sequences and also captured ∼400 expressed transcripts for which homologous sequences have not yet been identified in other species. Approximately 70% of the ESTs generated in this study had not been captured during a previous EST project conducted using a cDNA library constructed from hand-dissected apex tissue that is highly enriched for SAMs. In addition, at least 30% of the 454-ESTs do not align to any of the ∼648,000 extant maize ESTs using conservative alignment criteria. These results indicate that the combination of LCM and the deep sequencing possible with 454 technology enriches for SAM transcripts not present in current EST collections. RT-PCR was used to validate the expression of 27 genes whose expression had been detected in the SAM via LCM-454 technology, but that lacked orthologs in GenBank. Significantly, transcripts from ∼74% (20/27) of these validated SAM-expressed “orphans” were not detected in meristem-rich immature ears. We conclude that the coupling of LCM and 454 sequencing technologies facilitates the discovery of rare, possibly cell-type-specific transcripts.