The sequence of the mouse genome is a key informational tool for understanding the contents of the human genome and a key experimental tool for biomedical research. Here, we report the results of an international collaboration to produce a high-quality draft sequence of the mouse genome. We also present an initial comparative analysis of the mouse and human genomes, describing some of the insights that can be gleaned from the two sequences. We discuss topics including the analysis of the evolutionary forces shaping the size, structure and sequence of the genomes; the conservation of large-scale synteny across most of the genomes; the much lower extent of sequence orthology covering less than half of the genomes; the proportions of the genomes under selection; the number of protein-coding genes; the expansion of gene families related to reproduction and immunity; the evolution of proteins; and the identification of intraspecies polymorphism.

Eukaryotic cells make many types of primary and processed RNAs that are found either in specific subcellular compartments or throughout the cells. A complete catalogue of these RNAs is not yet available and their characteristic subcellular localizations are also poorly understood. Because RNA represents the direct output of the genetic information encoded by genomes and a significant proportion of a cell's regulatory capabilities are focused on its synthesis, processing, transport, modification and translation, the generation of such a catalogue is crucial for understanding genome function. Here we report evidence that three-quarters of the human genome is capable of being transcribed, as well as observations about the range and levels of expression, localization, processing fates, regulatory regions and modifications of almost all currently annotated and thousands of previously unannotated RNAs. These observations, taken together, prompt a redefinition of the concept of a gene.

Enhancers control the correct temporal and cell-type-specific activation of gene expression in multicellular eukaryotes. Knowing their properties, regulatory activity and targets is crucial to understand the regulation of differentiation and homeostasis. Here we use the FANTOM5 panel of samples, covering the majority of human tissues and cell types, to produce an atlas of active, in vivo-transcribed enhancers. We show that enhancers share properties with CpG-poor messenger RNA promoters but produce bidirectional, exosome-sensitive, relatively short unspliced RNAs, the generation of which is strongly related to enhancer activity. The atlas is used to compare regulatory programs between different cells at unprecedented depth, to identify disease-associated regulatory single nucleotide polymorphisms, and to classify cell-type-specific and ubiquitous enhancers. We further explore the utility of enhancer redundancy, which explains gene expression strength rather than expression patterns. The online FANTOM5 enhancer atlas represents a unique resource for studies on cell-type-specific enhancers and gene regulation. Using the FANTOM5 CAGE expression atlas, the authors show that bidirectional capped RNAs are a signature feature of active enhancers and identify over 40,000 enhancer candidates from over 800 human cell and tissue samples across the whole human body. FANTOM5 (standing for functional annotation of the mammalian genome 5) is the fifth major stage of a major international collaboration that aims to dissect the transcriptional regulatory networks that define every human cell type. Two Articles in this issue of Nature present some of the project's latest results. The first paper uses the FANTOM5 panel of tissue and primary cell samples to define an atlas of active, in vivo bidirectionally transcribed enhancers across the human body. These authors show that bidirectional capped RNAs are a signature feature of active enhancers and identify more than 40,000 enhancer candidates from over 800 human cell and tissue samples. The enhancer atlas is used to compare regulatory programs between different cell types and identify disease-associated regulatory SNPs, and will be a resource for studies on cell-type-specific enhancers. In the second paper, single-molecule sequencing is used to map human and mouse transcription start sites and their usage in a panel of distinct human and mouse primary cells, cell lines and tissues to produce the most comprehensive mammalian gene expression atlas to date. The data provide a plethora of insights into open reading frames and promoters across different cell types in addition to valuable annotation of mammalian cell-type-specific transcriptomes.

Summary Full‐length cDNAs are essential for functional analysis of plant genes in the post‐sequencing era of the Arabidopsis genome. Recently, cDNA microarray analysis has been developed for quantitative analysis of global and simultaneous analysis of expression profiles. We have prepared a full‐length cDNA microarray containing ≈7000 independent, full‐length cDNA groups to analyse the expression profiles of genes under drought, cold (low temperature) and high‐salinity stress conditions over time. The transcripts of 53, 277 and 194 genes increased after cold, drought and high‐salinity treatments, respectively, more than fivefold compared with the control genes. We also identified many highly drought‐, cold‐ or high‐salinity‐ stress‐inducible genes. However, we observed strong relationships in the expression of these stress‐responsive genes based on Venn diagram analysis, and found 22 stress‐inducible genes that responded to all three stresses. Several gene groups showing different expression profiles were identified by analysis of their expression patterns during stress‐responsive gene induction. The cold‐inducible genes were classified into at least two gene groups from their expression profiles. DREB1A was included in a group whose expression peaked at 2 h after cold treatment. Among the drought, cold or high‐salinity stress‐inducible genes identified, we found 40 transcription factor genes (corresponding to ≈11% of all stress‐inducible genes identified), suggesting that various transcriptional regulatory mechanisms function in the drought, cold or high‐salinity stress signal transduction pathways.

Here we report the genome sequence of the honeybee Apis mellifera, a key model for social behaviour and essential to global ecology through pollination. Compared with other sequenced insect genomes, the A. mellifera genome has high A+T and CpG contents, lacks major transposon families, evolves more slowly, and is more similar to vertebrates for circadian rhythm, RNA interference and DNA methylation genes, among others. Furthermore, A. mellifera has fewer genes for innate immunity, detoxification enzymes, cuticle-forming proteins and gustatory receptors, more genes for odorant receptors, and novel genes for nectar and pollen utilization, consistent with its ecology and social organization. Compared to Drosophila, genes in early developmental pathways differ in Apis, whereas similarities exist for functions that differ markedly, such as sex determination, brain function and behaviour. Population genetics suggests a novel African origin for the species A. mellifera and insights into whether Africanized bees spread throughout the New World via hybridization or displacement.

Antisense transcription (transcription from the opposite strand to a protein-coding or sense strand) has been ascribed roles in gene regulation involving degradation of the corresponding sense transcripts (RNA interference), as well as gene silencing at the chromatin level. Global transcriptome analysis provides evidence that a large proportion of the genome can produce transcripts from both strands, and that antisense transcripts commonly link neighboring “genes” in complex loci into chains of linked transcriptional units. Expression profiling reveals frequent concordant regulation of sense/antisense pairs. We present experimental evidence that perturbation of an antisense RNA can alter the expression of sense messenger RNAs, suggesting that antisense transcription contributes to control of transcriptional outputs in mammals.

Full-length cDNAs are essential for functional analysis of plant genes. Using the biotinylated CAP trapper method, we constructed full-length Arabidopsis cDNA libraries from plants in different conditions, such as drought-treated, cold-treated, or unstressed plants, and at various developmental stages from germination to mature seed. We prepared a cDNA microarray using ∼1300 full-length Arabidopsis cDNAs to identify drought- and cold-inducible genes and target genes of DREB1A/CBF3, a transcription factor that controls stress-inducible gene expression. In total, 44 and 19 cDNAs for drought- and cold-inducible genes, respectively, were isolated, 30 and 10 of which were novel stress-inducible genes that have not been reported as drought- or cold-inducible genes previously. Twelve stress-inducible genes were identified as target stress-inducible genes of DREB1A, and six of them were novel. On the basis of RNA gel blot and microarray analyses, the six genes were identified as novel drought- and cold-inducible genes that are controlled by DREB1A. Eleven DREB1A target genes whose genomic sequences have been registered in the GenBank database contained the dehydration-responsive element (DRE) or DRE-related CCGAC core motif in their promoter regions. These results show that our full-length cDNA microarray is a useful material with which to analyze the expression pattern of Arabidopsis genes under drought and cold stresses, to identify target genes of stress-related transcription factors, and to identify potential cis-acting DNA elements by combining the expression data with the genomic sequence data.

Long non-coding RNAs (lncRNAs) are largely heterogeneous and functionally uncharacterized. Here, using FANTOM5 cap analysis of gene expression (CAGE) data, we integrate multiple transcript collections to generate a comprehensive atlas of 27,919 human lncRNA genes with high-confidence 5′ ends and expression profiles across 1,829 samples from the major human primary cell types and tissues. Genomic and epigenomic classification of these lncRNAs reveals that most intergenic lncRNAs originate from enhancers rather than from promoters. Incorporating genetic and expression data, we show that lncRNAs overlapping trait-associated single nucleotide polymorphisms are specifically expressed in cell types relevant to the traits, implicating these lncRNAs in multiple diseases. We further demonstrate that lncRNAs overlapping expression quantitative trait loci (eQTL)-associated single nucleotide polymorphisms of messenger RNAs are co-expressed with the corresponding messenger RNAs, suggesting their potential roles in transcriptional regulation. Combining these findings with conservation data, we identify 19,175 potentially functional lncRNAs in the human genome. A catalogue of human long non-coding RNA genes and their expression profiles across samples from major human primary cell types, tissues and cell lines. Alistair Forrest, Piero Carninci and colleagues of the FANTOM Consortium provide a catalogue of human long non-coding RNA (lncRNA) genes and their expression profiles across samples from human primary cell types, tissues and cell lines. They used combined analyses of multiple data sets to identify 27,919 lncRNA genes with high-confidence 5′ ends, as well as a subset of 19,175 potentially functional lncRNA loci. The lncRNA catalogue and annotations are available through an open web resource.

Functional analysis of a genome requires accurate gene structure information and a complete gene inventory. A dual experimental strategy was used to verify and correct the initial genome sequence annotation of the reference plant Arabidopsis . Sequencing full-length cDNAs and hybridizations using RNA populations from various tissues to a set of high-density oligonucleotide arrays spanning the entire genome allowed the accurate annotation of thousands of gene structures. We identified 5817 novel transcription units, including a substantial amount of antisense gene transcription, and 40 genes within the genetically defined centromeres. This approach resulted in completion of âˆ¼30% of the Arabidopsis ORFeome as a resource for global functional experimentation of the plant proteome.