The comparison of related genomes has emerged as a powerful lens for genome interpretation. Here we report the sequencing and comparative analysis of 29 eutherian genomes. We confirm that at least 5.5% of the human genome has undergone purifying selection, and locate constrained elements covering ∼4.2% of the genome. We use evolutionary signatures and comparisons with experimental data sets to suggest candidate functions for ∼60% of constrained bases. These elements reveal a small number of new coding exons, candidate stop codon readthrough events and over 10,000 regions of overlapping synonymous constraint within protein-coding exons. We find 220 candidate RNA structural families, and nearly a million elements overlapping potential promoter, enhancer and insulator regions. We report specific amino acid residues that have undergone positive selection, 280,000 non-coding elements exapted from mobile elements and more than 1,000 primate- and human-accelerated elements. Overlap with disease-associated variants indicates that our findings will be relevant for studies of human biology, health and disease. This comparative genomics study, comparing the complete human genome sequence with those of 29 placental mammals, including chimpanzees, mice and dogs, identifies 4.2% of the human genome as constrained by evolutionary selection, and ascribes a potential function to about 60% of these constrained bases. A series of evolutionary signatures emerges, providing insights into coding and non-coding functional genomic elements, candidate RNA structural families and aspects of genome organization and evolution. Overlap with disease-associated variants indicates that the findings will be relevant for studies of human disease.

John Lis, Adam Siepel and colleagues map transcription start sites across the genome in two human cell lines using a nuclear run-on protocol called GRO-cap. They find a common architecture of initiation at both promoters and enhancers and that transcript elongation stability provides the strongest distinction between promoters and enhancers. Despite the conventional distinction between them, promoters and enhancers share many features in mammals, including divergent transcription and similar modes of transcription factor binding. Here we examine the architecture of transcription initiation through comprehensive mapping of transcription start sites (TSSs) in human lymphoblastoid B cell (GM12878) and chronic myelogenous leukemic (K562) ENCODE Tier 1 cell lines. Using a nuclear run-on protocol called GRO-cap, which captures TSSs for both stable and unstable transcripts, we conduct detailed comparisons of thousands of promoters and enhancers in human cells. These analyses identify a common architecture of initiation, including tightly spaced (110 bp apart) divergent initiation, similar frequencies of core promoter sequence elements, highly positioned flanking nucleosomes and two modes of transcription factor binding. Post-initiation transcript stability provides a more fundamental distinction between promoters and enhancers than patterns of histone modification and association of transcription factors or co-activators. These results support a unified model of transcription initiation at promoters and enhancers.

The genome of the Southeast Asian great ape or orang-utan has been sequenced — specifically a draft assembly of a Sumatran female individual and short-read sequence data from five further Sumatran and five Bornean orang-utan, Pongo abelii and Pongo pygmaeus, respectively. Orang-utan species appear to have split around 400,000 years ago, more recent than most previous estimates suggested, resulting in an average Bornean–Sumatran nucleotide identity of 99.68%. Structural evolution of the orang-utan genome seems to have proceeded much more slowly than that of other great apes, including chimpanzees and humans. With both orang-utan species on the endangered list, the authors hope that knowledge of the genome sequence and its variation between populations will provide a valuable resource for conservationists. The genome of the southeast Asian orang-utan has been sequenced. The draft assembly of a Sumatran individual alongside sequence data from five Sumatran and five Bornean orang-utan genomes is presented. The resources and analyses described offer new opportunities in evolutionary genomics, insights into hominid biology, and an extensive database of variation for conservation efforts. ‘Orang-utan’ is derived from a Malay term meaning ‘man of the forest’ and aptly describes the southeast Asian great apes native to Sumatra and Borneo. The orang-utan species, Pongo abelii (Sumatran) and Pongo pygmaeus (Bornean), are the most phylogenetically distant great apes from humans, thereby providing an informative perspective on hominid evolution. Here we present a Sumatran orang-utan draft genome assembly and short read sequence data from five Sumatran and five Bornean orang-utan genomes. Our analyses reveal that, compared to other primates, the orang-utan genome has many unique features. Structural evolution of the orang-utan genome has proceeded much more slowly than other great apes, evidenced by fewer rearrangements, less segmental duplication, a lower rate of gene family turnover and surprisingly quiescent Alu repeats, which have played a major role in restructuring other primate genomes. We also describe a primate polymorphic neocentromere, found in both Pongo species, emphasizing the gradual evolution of orang-utan genome structure. Orang-utans have extremely low energy usage for a eutherian mammal1, far lower than their hominid relatives. Adding their genome to the repertoire of sequenced primates illuminates new signals of positive selection in several pathways including glycolipid metabolism. From the population perspective, both Pongo species are deeply diverse; however, Sumatran individuals possess greater diversity than their Bornean counterparts, and more species-specific variation. Our estimate of Bornean/Sumatran speciation time, 400,000 years ago, is more recent than most previous studies and underscores the complexity of the orang-utan speciation process. Despite a smaller modern census population size, the Sumatran effective population size (Ne) expanded exponentially relative to the ancestral Ne after the split, while Bornean Ne declined over the same period. Overall, the resources and analyses presented here offer new opportunities in evolutionary genomics, insights into hominid biology, and an extensive database of variation for conservation efforts.

RNA polymerase II (Pol II) transcribes hundreds of kilobases of DNA, limiting the production of mRNAs and lncRNAs. We used global run-on sequencing (GRO-seq) to measure the rates of transcription by Pol II following gene activation. Elongation rates vary as much as 4-fold at different genomic loci and in response to two distinct cellular signaling pathways (i.e., 17β-estradiol [E2] and TNF-α). The rates are slowest near the promoter and increase during the first ∼15 kb transcribed. Gene body elongation rates correlate with Pol II density, resulting in systematically higher rates of transcript production at genes with higher Pol II density. Pol II dynamics following short inductions indicate that E2 stimulates gene expression by increasing Pol II initiation, whereas TNF-α reduces Pol II residence time at pause sites. Collectively, our results identify previously uncharacterized variation in the rate of transcription and highlight elongation as an important, variable, and regulated rate-limiting step during transcription.

Abstract Precision genomic run-on assays (PRO-seq) quantify nascent RNA at single nucleotide resolution with strand specificity. Here we deconstruct a recently published genomic nascent RNA processing pipeline (PEPPRO) into its components and link the analyses to the underlying molecular biology. PRO-seq experiments are evolving and variations can be found throughout the literature. The analyses are presented as individual code chunks with comprehensive details so that users can modify the framework to accommodate different protocols. We present the framework to quantify the following quality control metrics: library complexity, nascent RNA purity, nuclear run-on efficiency, alignment rate, sequencing depth, and RNA degradation.

ABSTRACT Dryinidae is a family of parasitoids and predators; it is the third largest family in the superfamily Chrysidoidea, with 1,924 species worldwide. The diversity of this family may be even greater, but studies on its diversity and geographical distribution are scarce, especially in semiarid regions. The objective of this study was to describe the occurrence and diversity of Dryinidae genera in the Semiarid region of Bahia, Brazil. Five Malaise traps were distributed in two areas with native vegetation and in one with eucalyptus (Eucalyptus urophylla) plantation and monitored monthly for two years. Specimens were identified to genus and morphospecies levels. The collection consisted of 77 Dryinidae specimens from four subfamilies (Anteoninae, Aphelopinae, Dryininae, Gonatopodinae), seven genera (Anteon Jurine, 1807; Aphelopus Dalman, 1823; Crovettia Olmi, 1984; Deinodryinus, Perkins, 1907; Dryinus Latreille, 1804; Gonatopus Ljungh, 1810 and Thaumatodryinus Perkins, 1905), and 29 morphospecies. The genus Dryinus was the most frequent in the three study areas. Areas with native vegetation, mainly the forest area, showed greater diversity than the area with eucalyptus trees. This study contributes with data of identification and distribution of Dryinidae species in the Semiarid region of the state of Bahia, Brazil.

Transcription factors (TFs) regulate complex programs of gene transcription by binding to short DNA sequence motifs. Here we introduce rtfbsdb, a unified framework that integrates a database of more than 65,000 TF binding motifs with tools to easily and efficiently scan target genome sequences. Rtfbsdb clusters motifs with similar DNA sequence specificities and optionally integrates RNA-seq or PRO-seq data to restrict analyses to motifs recognized by TFs expressed in the cell type of interest. Our package allows common analyses to be performed rapidly in an integrated environment.

Identification of the genomic regions that regulate transcription remains an important open problem. We have recently shown that global run-on and sequencing (GRO-seq) with enrichment for 5′-capped RNAs reveals patterns of divergent transcription that accurately mark active transcriptional regulatory elements (TREs), including enhancers and promoters. Here, we demonstrate that active TREs can be identified with comparable accuracy by applying sensitive machine-learning methods to standard GRO-seq and PRO-seq data, allowing TREs to be assayed together with transcription levels, elongation rates, and other transcriptional features, in a single experiment. Our method, called discriminative Regulatory Element detection from GRO-seq (dREG), summarizes GRO-seq read counts at multiple scales and uses support vector regression to predict active TREs. The predicted TREs are strongly enriched for marks associated with functional elements, including H3K27ac, transcription factor binding sites, eQTLs, and GWAS-associated SNPs. Using dREG, we survey TREs in eight cell types and provide new insights into global patterns of TRE assembly and function.

Transcriptional regulatory changes have been shown to contribute to phenotypic differences between species, but many questions remain about how gene expression evolves. Here we report the first comparative study of nascent transcription in primates. We used PRO-seq to map actively transcribing RNA polymerases in resting and activated CD4+ T-cells in multiple human, chimpanzee, and rhesus macaque individuals, with rodents as outgroups. This approach allowed us to measure transcription separately from post-transcriptional processes. We observed general conservation in coding and non-coding transcription, punctuated by numerous differences between species, particularly at distal enhancers and non-coding RNAs. We found evidence that transcription factor binding sites are a primary determinant of transcriptional differences between species, that stabilizing selection maintains gene expression levels despite frequent changes at distal enhancers, and that adaptive substitutions have driven lineage-specific transcription. Finally, we found strong correlations between evolutionary rates and long-range chromatin interactions. These observations clarify the role of primary transcription in regulatory evolution.

The present study reports the first record of Dryinus garcetei Olmi, 2012 (Hymenoptera, Dryinidae) for Northeast Brazil. This research is very relevant given the scarcity of data regarding the Dryinidae family and the Dryinus Latreille, 1804 genus for this region. Furthermore, illustrations and an updated geographic distribution map of D. garcetei are presented.