The shift from solitary to social behavior is one of the major evolutionary transitions. Primitively eusocial bumblebees are uniquely placed to illuminate the evolution of highly eusocial insect societies. Bumblebees are also invaluable natural and agricultural pollinators, and there is widespread concern over recent population declines in some species. High-quality genomic data will inform key aspects of bumblebee biology, including susceptibility to implicated population viability threats.We report the high quality draft genome sequences of Bombus terrestris and Bombus impatiens, two ecologically dominant bumblebees and widely utilized study species. Comparing these new genomes to those of the highly eusocial honeybee Apis mellifera and other Hymenoptera, we identify deeply conserved similarities, as well as novelties key to the biology of these organisms. Some honeybee genome features thought to underpin advanced eusociality are also present in bumblebees, indicating an earlier evolution in the bee lineage. Xenobiotic detoxification and immune genes are similarly depauperate in bumblebees and honeybees, and multiple categories of genes linked to social organization, including development and behavior, show high conservation. Key differences identified include a bias in bumblebee chemoreception towards gustation from olfaction, and striking differences in microRNAs, potentially responsible for gene regulation underlying social and other traits.These two bumblebee genomes provide a foundation for post-genomic research on these key pollinators and insect societies. Overall, gene repertoires suggest that the route to advanced eusociality in bees was mediated by many small changes in many genes and processes, and not by notable expansion or depauperation.

Significance Rhodnius prolixus is a major vector of Chagas disease, an illness caused by Trypanosoma cruzi which affects approximately 7 million people worldwide. This report describes the first genome sequence of a nondipteran insect vector of an important human parasitic disease. This insect has a gene repertoire substantially distinct from dipteran disease vectors, including immune signaling pathways that display major departures from the canonical network. Large gene expansions related to chemoreception, feeding, and digestion have facilitated triatomine adaptation to a blood-feeding lifestyle. This study provides information about the physiology and evolution of an important disease vector that will boost understanding of transmission of a life-threatening parasite and may lead to the development of innovative control methods.

SPS catalyzes the synthesis of selenophosphate, the selenium donor for the synthesis of the amino acid selenocysteine (Sec), incorporated in selenoproteins in response to the UGA codon. SPS is unique among proteins of the selenoprotein biosynthesis machinery in that it is, in many species, a selenoprotein itself, although, as in all selenoproteins, Sec is often replaced by cysteine (Cys). In metazoan genomes we found, however, SPS genes with lineage specific substitutions other than Sec or Cys. Our results show that these non-Sec, non-Cys SPS genes originated through a number of independent gene duplications of diverse molecular origin from an ancestral selenoprotein SPS gene. Although of independent origin, complementation assays in fly mutants show that these genes share a common function, which most likely emerged in the ancestral metazoan gene. This function appears to be unrelated to selenophosphate synthesis, since all genomes encoding selenoproteins contain Sec or Cys SPS genes (SPS2), but those containing only non-Sec, non-Cys SPS genes (SPS1) do not encode selenoproteins. Thus, in SPS genes, through parallel duplications and subsequent convergent subfunctionalization, two functions initially carried by a single gene are recurrently segregated at two different loci. RNA structures enhancing the readthrough of the Sec-UGA codon in SPS genes, which may be traced back to prokaryotes, played a key role in this process. The SPS evolutionary history in metazoans constitute a remarkable example of the emergence and evolution of gene function. We have been able to trace this history with unusual detail thanks to the singular feature of SPS genes, wherein the amino acid at a single site determines protein function, and, ultimately, the evolutionary fate of an entire class of genes.

The tuatara (Sphenodon punctatus), the only living member of the archaic reptilian order Rhynchocephalia (Sphenodontia) once widespread across Gondwana, is an iconic and enigmatic terrestrial vertebrate endemic to New Zealand. A key link to the now extinct stem reptiles from which dinosaurs, modern reptiles, birds and mammals evolved, the tuatara provides exclusive insights into the ancestral amniotes. The tuatara genome, at ~5 Gbp, is among the largest vertebrate genomes assembled. Analysis of this genome and comparisons to other vertebrates reinforces the uniqueness of the tuatara. Phylogenetic analyses indicate tuatara diverged from the snakes and lizards ~250 MYA. This lineage also shows moderate rates of molecular evolution, with instances of punctuated evolution. Genome sequence analysis identifies expansions of protein, non-protein-coding RNA families, and repeat elements, the latter of which show an extraordinary amalgam of reptilian and mammalian features. Sequencing of this genome provides a valuable resource for deep comparative analyses of tetrapods, as well as for tuatara biology and conservation. It also provides important insights into both the technical challenges and the cultural obligations associated with genome sequencing.

While numerous technologies for the characterization of potential off-target editing by CRISPR/Cas9 have been described, the development of new technologies and analytical methods for off-target recombination by Large Serine Integrases (LSIs) are required to advance the application of LSIs for therapeutic gene integration. Here we describe a suite of off-target recombination discovery technologies and a hybrid capture validation approach as a comprehensive framework for off-target characterization of LSIs. HIDE- Seq (High-throughput Integrase-mediated DNA Event Sequencing) is a PCR-free unbiased genome-wide biochemical assay capable of discovering sites with LSI- mediated free DNA ends (FDEs) and off-target recombination events. Cryptic-Seq is a PCR-based unbiased genome-wide biochemical or cellular-based assay that is more sensitive than HIDE-Seq but is limited to the discovery of sites with off-target recombination. HIDE-Seq and Cryptic-Seq discovered 38 and 44,311 potential off-target sites respectively. 2,455 sites were prioritized for validation by hybrid capture NGS in LSI-edited K562 cells and off-target integration was detected at 52 of the sites. We benchmarked the sensitivity of our LSI off-target characterization framework against unbiased whole genome sequencing (WGS) on LSI-edited samples, and off-target integration was detected at 5 sites with an average genome coverage of 40x. This reflects a greater than 10-fold increase in sensitivity for off-target detection compared to WGS, however only 4 of the 5 sites detected by WGS were also validated by hybrid capture NGS. The dissemination of these technologies will help advance the application of LSIs in therapeutic genome editing by establishing methods and benchmarks for the sensitivity of off-target detection.