Abstract Motivation: Chimeric DNA sequences often form during polymerase chain reaction amplification, especially when sequencing single regions (e.g. 16S rRNA or fungal Internal Transcribed Spacer) to assess diversity or compare populations. Undetected chimeras may be misinterpreted as novel species, causing inflated estimates of diversity and spurious inferences of differences between populations. Detection and removal of chimeras is therefore of critical importance in such experiments. Results: We describe UCHIME, a new program that detects chimeric sequences with two or more segments. UCHIME either uses a database of chimera-free sequences or detects chimeras de novo by exploiting abundance data. UCHIME has better sensitivity than ChimeraSlayer (previously the most sensitive database method), especially with short, noisy sequences. In testing on artificial bacterial communities with known composition, UCHIME de novo sensitivity is shown to be comparable to Perseus. UCHIME is >100× faster than Perseus and >1000× faster than ChimeraSlayer. Contact: robert@drive5.com Availability: Source, binaries and data: http://drive5.com/uchime. Supplementary information: Supplementary data are available at Bioinformatics online.

Bacterial diversity among environmental samples is commonly assessed with PCR-amplified 16S rRNA gene (16S) sequences. Perceived diversity, however, can be influenced by sample preparation, primer selection, and formation of chimeric 16S amplification products. Chimeras are hybrid products between multiple parent sequences that can be falsely interpreted as novel organisms, thus inflating apparent diversity. We developed a new chimera detection tool called Chimera Slayer (CS). CS detects chimeras with greater sensitivity than previous methods, performs well on short sequences such as those produced by the 454 Life Sciences (Roche) Genome Sequencer, and can scale to large data sets. By benchmarking CS performance against sequences derived from a controlled DNA mixture of known organisms and a simulated chimera set, we provide insights into the factors that affect chimera formation such as sequence abundance, the extent of similarity between 16S genes, and PCR conditions. Chimeras were found to reproducibly form among independent amplifications and contributed to false perceptions of sample diversity and the false identification of novel taxa, with less-abundant species exhibiting chimera rates exceeding 70%. Shotgun metagenomic sequences of our mock community appear to be devoid of 16S chimeras, supporting a role for shotgun metagenomics in validating novel organisms discovered in targeted sequence surveys.

Abstract EVidenceModeler (EVM) is presented as an automated eukaryotic gene structure annotation tool that reports eukaryotic gene structures as a weighted consensus of all available evidence. EVM, when combined with the Program to Assemble Spliced Alignments (PASA), yields a comprehensive, configurable annotation system that predicts protein-coding genes and alternatively spliced isoforms. Our experiments on both rice and human genome sequences demonstrate that EVM produces automated gene structure annotation approaching the quality of manual curation.

African trypanosomes cause human sleeping sickness and livestock trypanosomiasis in sub-Saharan Africa. We present the sequence and analysis of the 11 megabase-sized chromosomes of Trypanosoma brucei . The 26-megabase genome contains 9068 predicted genes, including ∼900 pseudogenes and ∼1700 T. brucei –specific genes. Large subtelomeric arrays contain an archive of 806 variant surface glycoprotein (VSG) genes used by the parasite to evade the mammalian immune system. Most VSG genes are pseudogenes, which may be used to generate expressed mosaic genes by ectopic recombination. Comparisons of the cytoskeleton and endocytic trafficking systems with those of humans and other eukaryotic organisms reveal major differences. A comparison of metabolic pathways encoded by the genomes of T. brucei, T. cruzi , and Leishmania major reveals the least overall metabolic capability in T. brucei and the greatest in L. major . Horizontal transfer of genes of bacterial origin has contributed to some of the metabolic differences in these parasites, and a number of novel potential drug targets have been identified.

The genome of Phytophthora infestans, the pathogen that triggered the Irish potato famine in the nineteenth century, has been sequenced. It remains a devastating pathogen, with late blight destroying crops worth billions of dollars each year. Blight is difficult to control, in part because it adapts so quickly to genetically resistant potato strains. Comparison with two other Phytophthora genomes shows rapid turnover and extensive expansion of specific families of secreted disease effector proteins, including many genes induced during infection that have activities thought to alter host physiology. These fast evolving effector genes are found in highly dynamic and expanded regions of the genome, a factor that may contribute to its rapid adaptability to host plants. The P. infestans genome is the biggest so far sequenced, at about 240 megabases, with an extremely high repeat content of close to 75%. It is a model organism for the oomycetes, a distinct lineage of fungus-like eukaryotes related to organisms such as brown algae and diatoms. Phytophthora infestans is a fungus-like eukaryote and the most destructive pathogen of potato, with current annual worldwide potato crop losses due to late blight estimated at $6.7 billion. Here, the sequence of the P. infestans genome is reported. Comparison with two other Phytophthora genomes showed rapid turnover and extensive expansion of certain secreted disease effector proteins, probably explaining the rapid adaptability of the pathogen to host plants. Phytophthora infestans is the most destructive pathogen of potato and a model organism for the oomycetes, a distinct lineage of fungus-like eukaryotes that are related to organisms such as brown algae and diatoms. As the agent of the Irish potato famine in the mid-nineteenth century, P. infestans has had a tremendous effect on human history, resulting in famine and population displacement1. To this day, it affects world agriculture by causing the most destructive disease of potato, the fourth largest food crop and a critical alternative to the major cereal crops for feeding the world’s population1. Current annual worldwide potato crop losses due to late blight are conservatively estimated at $6.7 billion2. Management of this devastating pathogen is challenged by its remarkable speed of adaptation to control strategies such as genetically resistant cultivars3,4. Here we report the sequence of the P. infestans genome, which at ∼240 megabases (Mb) is by far the largest and most complex genome sequenced so far in the chromalveolates. Its expansion results from a proliferation of repetitive DNA accounting for ∼74% of the genome. Comparison with two other Phytophthora genomes showed rapid turnover and extensive expansion of specific families of secreted disease effector proteins, including many genes that are induced during infection or are predicted to have activities that alter host physiology. These fast-evolving effector genes are localized to highly dynamic and expanded regions of the P. infestans genome. This probably plays a crucial part in the rapid adaptability of the pathogen to host plants and underpins its evolutionary potential.

More than 300 labs worldwide are using the fungus Aspergillus nidulans as a model system for molecular genetics, and other species of this fungus are important in everyday life. A package of three genomics papers in this issue covers the Aspergillus field comprehensively. Galagan et al. report the genome sequence of the laboratory classic A. nidulans, and Nierman et al. have sequenced A. fumigatus, known chiefly as a human pathogen and allergen. And finally Machida et al. present genome sequencing and analysis of A. oryzae, focusing in particular on the expansion of genes in its genome, which is almost 25% bigger than the other two genomes. A. oryzae is used in traditional Chinese and Japanese food fermentation (think soy sauce) and also in enzyme production by biotechnologists. Aspergillus fumigatus is exceptional among microorganisms in being both a primary and opportunistic pathogen as well as a major allergen1,2,3. Its conidia production is prolific, and so human respiratory tract exposure is almost constant4. A. fumigatus is isolated from human habitats5 and vegetable compost heaps6,7. In immunocompromised individuals, the incidence of invasive infection can be as high as 50% and the mortality rate is often about 50% (ref. 2). The interaction of A. fumigatus and other airborne fungi with the immune system is increasingly linked to severe asthma and sinusitis8. Although the burden of invasive disease caused by A. fumigatus is substantial, the basic biology of the organism is mostly obscure. Here we show the complete 29.4-megabase genome sequence of the clinical isolate Af293, which consists of eight chromosomes containing 9,926 predicted genes. Microarray analysis revealed temperature-dependent expression of distinct sets of genes, as well as 700 A. fumigatus genes not present or significantly diverged in the closely related sexual species Neosartorya fischeri, many of which may have roles in the pathogenicity phenotype. The Af293 genome sequence provides an unparalleled resource for the future understanding of this remarkable fungus.

Whole-genome sequencing of the protozoan pathogen Trypanosoma cruzi revealed that the diploid genome contains a predicted 22,570 proteins encoded by genes, of which 12,570 represent allelic pairs. Over 50% of the genome consists of repeated sequences, such as retrotransposons and genes for large families of surface molecules, which include trans-sialidases, mucins, gp63s, and a large novel family (>1300 copies) of mucin-associated surface protein (MASP) genes. Analyses of the T. cruzi, T. brucei , and Leishmania major (Tritryp) genomes imply differences from other eukaryotes in DNA repair and initiation of replication and reflect their unusual mitochondrial DNA. Although the Tritryp lack several classes of signaling molecules, their kinomes contain a large and diverse set of protein kinases and phosphatases; their size and diversity imply previously unknown interactions and regulatory processes, which may be targets for intervention.