The human genome holds an extraordinary trove of information about human development, physiology, medicine and evolution. Here we report the results of an international collaboration to produce and make freely available a draft sequence of the human genome. We also present an initial analysis of the data, describing some of the insights that can be gleaned from the sequence.

A-Maize-ing Maize is one of our oldest and most important crops, having been domesticated approximately 9000 years ago in central Mexico. Schnable et al. (p. 1112 ; see the cover) present the results of sequencing the B73 inbred maize line. The findings elucidate how maize became diploid after an ancestral doubling of its chromosomes and reveals transposable element movement and activity and recombination. Vielle-Calzada et al. (p. 1078 ) have sequenced the Palomero Toluqueño ( Palomero ) landrace, a highland popcorn from Mexico, which, when compared to the B73 line, reveals multiple loci impacted by domestication. Swanson-Wagner et al. (p. 1118 ) exploit possession of the genome to analyze expression differences occurring between lines. The identification of single nucleotide polymorphisms and copy number variations among lines was used by Gore et al. (p. 1115 ) to generate a Haplotype map of maize. While chromosomal diversity in maize is high, it is likely that recombination is the major force affecting the levels of heterozygosity in maize. The availability of the maize genome will help to guide future agricultural and biofuel applications (see the Perspective by Feuillet and Eversole ).

The male-specific region of the Y chromosome, the MSY, differentiates the sexes and comprises 95% of the chromosome's length. Here, we report that the MSY is a mosaic of heterochromatic sequences and three classes of euchromatic sequences: X-transposed, X-degenerate and ampliconic. These classes contain all 156 known transcription units, which include 78 protein-coding genes that collectively encode 27 distinct proteins. The X-transposed sequences exhibit 99% identity to the X chromosome. The X-degenerate sequences are remnants of ancient autosomes from which the modern X and Y chromosomes evolved. The ampliconic class includes large regions (about 30% of the MSY euchromatin) where sequence pairs show greater than 99.9% identity, which is maintained by frequent gene conversion (non-reciprocal transfer). The most prominent features here are eight massive palindromes, at least six of which contain testis genes.

Acute myeloid leukaemia is a highly malignant haematopoietic tumour that affects about 13,000 adults in the United States each year. The treatment of this disease has changed little in the past two decades, because most of the genetic events that initiate the disease remain undiscovered. Whole-genome sequencing is now possible at a reasonable cost and timeframe to use this approach for the unbiased discovery of tumour-specific somatic mutations that alter the protein-coding genes. Here we present the results obtained from sequencing a typical acute myeloid leukaemia genome, and its matched normal counterpart obtained from the same patient's skin. We discovered ten genes with acquired mutations; two were previously described mutations that are thought to contribute to tumour progression, and eight were new mutations present in virtually all tumour cells at presentation and relapse, the function of which is not yet known. Our study establishes whole-genome sequencing as an unbiased method for discovering cancer-initiating mutations in previously unidentified genes that may respond to targeted therapies.

The soil nematodes Caenorhabditis briggsae and Caenorhabditis elegans diverged from a common ancestor roughly 100 million years ago and yet are almost indistinguishable by eye. They have the same chromosome number and genome sizes, and they occupy the same ecological niche. To explore the basis for this striking conservation of structure and function, we have sequenced the C. briggsae genome to a high-quality draft stage and compared it to the finished C. elegans sequence. We predict approximately 19,500 protein-coding genes in the C. briggsae genome, roughly the same as in C. elegans. Of these, 12,200 have clear C. elegans orthologs, a further 6,500 have one or more clearly detectable C. elegans homologs, and approximately 800 C. briggsae genes have no detectable matches in C. elegans. Almost all of the noncoding RNAs (ncRNAs) known are shared between the two species. The two genomes exhibit extensive colinearity, and the rate of divergence appears to be higher in the chromosomal arms than in the centers. Operons, a distinctive feature of C. elegans, are highly conserved in C. briggsae, with the arrangement of genes being preserved in 96% of cases. The difference in size between the C. briggsae (estimated at approximately 104 Mbp) and C. elegans (100.3 Mbp) genomes is almost entirely due to repetitive sequence, which accounts for 22.4% of the C. briggsae genome in contrast to 16.5% of the C. elegans genome. Few, if any, repeat families are shared, suggesting that most were acquired after the two species diverged or are undergoing rapid evolution. Coclustering the C. elegans and C. briggsae proteins reveals 2,169 protein families of two or more members. Most of these are shared between the two species, but some appear to be expanding or contracting, and there seem to be as many as several hundred novel C. briggsae gene families. The C. briggsae draft sequence will greatly improve the annotation of the C. elegans genome. Based on similarity to C. briggsae, we found strong evidence for 1,300 new C. elegans genes. In addition, comparisons of the two genomes will help to understand the evolutionary forces that mold nematode genomes.

We present a draft genome sequence of the platypus, Ornithorhynchus anatinus. This monotreme exhibits a fascinating combination of reptilian and mammalian characters. For example, platypuses have a coat of fur adapted to an aquatic lifestyle; platypus females lactate, yet lay eggs; and males are equipped with venom similar to that of reptiles. Analysis of the first monotreme genome aligned these features with genetic innovations. We find that reptile and platypus venom proteins have been co-opted independently from the same gene families; milk protein genes are conserved despite platypuses laying eggs; and immune gene family expansions are directly related to platypus biology. Expansions of protein, non-protein-coding RNA and microRNA families, as well as repeat elements, are identified. Sequencing of this genome now provides a valuable resource for deep mammalian comparative analyses, as well as for monotreme biology and conservation. The duck-billed platypus (Ornithorhynchus anatinus) is a unique egg-laying mammal, with lactation, venom and a bill. It even has an electro­sensory system for foraging underwater. Platypuses are monotremes descended from the most basal branch of the mammalian lineage and combine aspects of both reptilian and mammalian biology. Now an international consortium reports the sequence and analysis of the platypus genome. It is an amalgam of reptilian, mammalian and its own unique characteristics that provides clues to the function and evolution of all mammalian genomes. As well as helping uncover the origins of genomic imprinting, analyses show that platypus and reptile venom proteins have been co-opted independently from the same gene families; milk protein genes are conserved; and immune gene family expansions are directly related to platypus biology. The sequence provides an invaluable resource for comparative genomics, and it will be important for monotreme conservation. The cover image shows the bill with electro­sensory pits, eye and ear opening behind the eye. Platypuses are monotremes and combine aspects of both reptilian and mammalian behaviour. An international consortium reports the genome sequence and analysis of Ornithorhynchus anatinus and as expected, parts of the genome look more like mammals, whereas other parts more like reptiles or even chickens.

The emergence of jawed vertebrates (gnathostomes) from jawless vertebrates was accompanied by major morphological and physiological innovations, such as hinged jaws, paired fins and immunoglobulin-based adaptive immunity. Gnathostomes subsequently diverged into two groups, the cartilaginous fishes and the bony vertebrates. Here we report the whole-genome analysis of a cartilaginous fish, the elephant shark (Callorhinchus milii). We find that the C. milii genome is the slowest evolving of all known vertebrates, including the ‘living fossil’ coelacanth, and features extensive synteny conservation with tetrapod genomes, making it a good model for comparative analyses of gnathostome genomes. Our functional studies suggest that the lack of genes encoding secreted calcium-binding phosphoproteins in cartilaginous fishes explains the absence of bone in their endoskeleton. Furthermore, the adaptive immune system of cartilaginous fishes is unusual: it lacks the canonical CD4 co-receptor and most transcription factors, cytokines and cytokine receptors related to the CD4 lineage, despite the presence of polymorphic major histocompatibility complex class II molecules. It thus presents a new model for understanding the origin of adaptive immunity. Whole-genome analysis of the elephant shark, a cartilaginous fish, shows that it is the slowest evolving of all known vertebrates, lacks critical bone formation genes and has an unusual adaptive immune system. The elephant shark (Callorhinchus milii) is a cartilaginous fish native to the temperate waters off southern Australia and New Zealand, living at depths of 200 to 500 metres and migrating into shallow waters during spring for breeding. The genome sequence is published in this issue of Nature. Comparison with other vertebrate genomes shows that it is the slowest evolving genome of all known vertebrates — coelacanth included. Genome analysis points to an unusual adaptive immune system lacking the CD4 receptor and some associated cytokines, indicating that cartilaginous fishes possess a primordial gnathostome adaptive immune system. Also absent are genes encoding secreted calcium-binding phosphoproteins, in line with the absence of bone in cartilaginous fish.

The adult human intestine contains trillions of bacteria, representing hundreds of species and thousands of subspecies. Little is known about the selective pressures that have shaped and are shaping this community's component species, which are dominated by members of the Bacteroidetes and Firmicutes divisions. To examine how the intestinal environment affects microbial genome evolution, we have sequenced the genomes of two members of the normal distal human gut microbiota, Bacteroides vulgatus and Bacteroides distasonis, and by comparison with the few other sequenced gut and non-gut Bacteroidetes, analyzed their niche and habitat adaptations. The results show that lateral gene transfer, mobile elements, and gene amplification have played important roles in affecting the ability of gut-dwelling Bacteroidetes to vary their cell surface, sense their environment, and harvest nutrient resources present in the distal intestine. Our findings show that these processes have been a driving force in the adaptation of Bacteroidetes to the distal gut environment, and emphasize the importance of considering the evolution of humans from an additional perspective, namely the evolution of our microbiomes.