The recent advent of ribosome profiling ? sequencing of short ribosome-bound fragments of mRNA ? has offered an unprecedented opportunity to interrogate the sequence features responsible for modulating translational rates. Nevertheless, numerous analyses of the first riboprofiling dataset have produced equivocal and often incompatible results. Here we analyze three independent yeast riboprofiling data sets, including two with much higher coverage than previously available, and find that all three show substantial technical sequence biases that confound interpretations of ribosomal occupancy. After accounting for these biases, we find no effect of previously implicated factors on ribosomal pausing. Rather, we find that incorporation of proline, whose unique side-chain stalls peptide synthesis in vitro, also slows the ribosome in vivo. We also reanalyze a recent method that reported positively charged amino acids as the major determinant of ribosomal stalling and demonstrate that its assumptions lead to false signals of stalling in low-coverage data. Our results suggest that any analysis of riboprofiling data should account for sequencing biases and sparse coverage. To this end, we establish a robust methodology that enables analysis of ribosome profiling data without prior assumptions regarding which positions spanned by the ribosome cause stalling.

Objective: Performance of noninvasive prenatal screening (NIPS) methodologies when applied to low fetal fraction samples is not well established. The single-nucleotide polymorphism (SNP) method fails samples below a predetermined fetal fraction threshold, whereas some laboratories employing the whole-genome sequencing (WGS) method report aneuploidy calls for all samples. Here, the performance of the two methods was compared to determine which approach actually detects more fetal aneuploidies. Methods: Computational models were parameterized with up-to-date published data and used to compare the performance of the two methods at calling common fetal trisomies (T21, T18, T13) at low fetal fractions. Furthermore, clinical experience data were reviewed to determine aneuploidy detection rates based on compliance with recent invasive screening recommendations. Results: The SNP method's performance is dependent on the origin of the trisomy, and is lowest for the most common trisomies (maternal M1 nondisjunction). Consequently, the SNP method cannot maintain acceptable performance at fetal fractions below ~3%. In contrast, the WGS method maintains high specificity independent of fetal fraction and has > 80% sensitivity for trisomies in low fetal fraction samples. Conclusion: The WGS method will detect more aneuploidies below the fetal fraction threshold at which many labs issue a no-call result, avoiding unnecessary invasive procedures.

The study of allele-specific expression (ASE) in interspecific hybrids has played a central role in our understanding of a wide range of phenomena, including genomic imprinting, X-chromosome inactivation, and cis-regulatory evolution. However across the hundreds of studies of hybrid ASE, all have been restricted to sexually reproducing eukaryotes, leaving a major gap in our understanding of the genomic patterns of cis-regulatory evolution in prokaryotes. Here we introduce a method to generate stable hybrids between two species of halophilic archaea, and measure genome-wide ASE in these hybrids with RNA-seq. We found that over half of all genes have significant ASE, and that genes encoding kinases show evidence of lineage-specific selection on their cis-regulation. This pattern of polygenic selection suggested species-specific adaptation to low phosphate conditions, which we confirmed with growth experiments. Altogether, our work extends the study of ASE to archaea, and suggests that cis-regulation can evolve under polygenic lineage-specific selection in prokaryotes.

Although single genes underlying several evolutionary adaptations have been identified, the genetic basis of complex, polygenic adaptations has been far more challenging to pinpoint. Here we report that the budding yeast Saccharomyces paradoxus has recently evolved resistance to citrinin, a naturally occurring mycotoxin. Applying a genome-wide test for selection on cis-regulation, we identified five genes involved in the citrinin response that are constitutively up-regulated in S. paradoxus. Four of these genes are necessary for resistance, and are also sufficient to increase the resistance of a sensitive strain when over-expressed. Moreover, cis-regulatory divergence in the promoters of these genes contributes to resistance, while exacting a cost in the absence of citrinin. Our results demonstrate how the subtle effects of individual regulatory elements can be combined, via natural selection, into a complex adaptation. Our approach can be applied to dissect the genetic basis of polygenic adaptations in a wide range of species.