A high-quality sequence assembly of the zebrafish genome reveals the largest gene set of any vertebrate and provides information on key genomic features, and comparison to the human reference genome shows that approximately 70% of human protein-coding genes have at least one clear zebrafish orthologue. The genome of the zebrafish — a key model organism for the study of development and human disease — has now been sequenced and published as a well-annotated reference genome. Zebrafish turns out to have the largest gene set of any vertebrate so far sequenced, and few pseudogenes. Importantly for disease studies, comparison between human and zebrafish sequences reveals that 70% of human genes have at least one obvious zebrafish orthologue. A second paper reports on an ongoing effort to identify and phenotype disruptive mutations in every zebrafish protein-coding gene. Using the reference genome sequence along with high-throughput sequencing and efficient chemical mutagenesis, the project's initial results — covering 38% of all known protein-coding genes — they describe phenotypic consequences of more than 1,000 alleles. The long-term goal is the creation of a knockout allele in every protein-coding gene in the zebrafish genome. All mutant alleles and data are freely available at go.nature.com/en6mos . Zebrafish have become a popular organism for the study of vertebrate gene function1,2. The virtually transparent embryos of this species, and the ability to accelerate genetic studies by gene knockdown or overexpression, have led to the widespread use of zebrafish in the detailed investigation of vertebrate gene function and increasingly, the study of human genetic disease3,4,5. However, for effective modelling of human genetic disease it is important to understand the extent to which zebrafish genes and gene structures are related to orthologous human genes. To examine this, we generated a high-quality sequence assembly of the zebrafish genome, made up of an overlapping set of completely sequenced large-insert clones that were ordered and oriented using a high-resolution high-density meiotic map. Detailed automatic and manual annotation provides evidence of more than 26,000 protein-coding genes6, the largest gene set of any vertebrate so far sequenced. Comparison to the human reference genome shows that approximately 70% of human genes have at least one obvious zebrafish orthologue. In addition, the high quality of this genome assembly provides a clearer understanding of key genomic features such as a unique repeat content, a scarcity of pseudogenes, an enrichment of zebrafish-specific genes on chromosome 4 and chromosomal regions that influence sex determination.

The human X chromosome has a unique biology that was shaped by its evolution as the sex chromosome shared by males and females. We have determined 99.3% of the euchromatic sequence of the X chromosome. Our analysis illustrates the autosomal origin of the mammalian sex chromosomes, the stepwise process that led to the progressive loss of recombination between X and Y, and the extent of subsequent degradation of the Y chromosome. LINE1 repeat elements cover one-third of the X chromosome, with a distribution that is consistent with their proposed role as way stations in the process of X-chromosome inactivation. We found 1,098 genes in the sequence, of which 99 encode proteins expressed in testis and in various tumour types. A disproportionately high number of mendelian diseases are documented for the X chromosome. Of this number, 168 have been explained by mutations in 113 X-linked genes, which in many cases were characterized with the aid of the DNA sequence. The detailed sequence of the human X chromosome is published this week, together with a survey of inactivated X genes in females. Females have two Xs and males have one X and a Y; to make the gene dosage equivalent, females inactivate almost an entire chromosome. The X inactivation profile has important clinical implications, as the unique nature of sex chromosomes means that it contains a disproportionate number of disease-causing genes. With both the X and Y chromosomes sequenced, their evolution from a pair of ‘normal’ chromosomes can be studied in detail. The cover, by Alfred Pasieka (Science Photo Library), depicts the inactivation signal starting at the middle of the chromosome (where it is reddest) and moving out through the arms.

The simultaneous sequencing of a single cell's genome and transcriptome offers a powerful means to dissect genetic variation and its effect on gene expression. Here we describe G&T-seq, a method for separating and sequencing genomic DNA and full-length mRNA from single cells. By applying G&T-seq to over 220 single cells from mice and humans, we discovered cellular properties that could not be inferred from DNA or RNA sequencing alone.

The International Human Genome Sequencing Consortium (IHGSC) recently completed a sequence of the human genome. As part of this project, we have focused on chromosome 8. Although some chromosomes exhibit extreme characteristics in terms of length, gene content, repeat content and fraction segmentally duplicated, chromosome 8 is distinctly typical in character, being very close to the genome median in each of these aspects. This work describes a finished sequence and gene catalogue for the chromosome, which represents just over 5% of the euchromatic human genome. A unique feature of the chromosome is a vast region of approximately 15 megabases on distal 8p that appears to have a strikingly high mutation rate, which has accelerated in the hominids relative to other sequenced mammals. This fast-evolving region contains a number of genes related to innate immunity and the nervous system, including loci that appear to be under positive selection--these include the major defensin (DEF) gene cluster and MCPH1, a gene that may have contributed to the evolution of expanded brain size in the great apes. The data from chromosome 8 should allow a better understanding of both normal and disease biology and genome evolution.

Substantial evidence suggests that chromosomal abnormalities contribute to the risk of autism. The duplication of human chromosome 15q11-13 is known to be the most frequent cytogenetic abnormality in autism. We have modeled this genetic change in mice by using chromosome engineering to generate a 6.3 Mb duplication of the conserved linkage group on mouse chromosome 7. Mice with a paternal duplication display poor social interaction, behavioral inflexibility, abnormal ultrasonic vocalizations, and correlates of anxiety. An increased MBII52 snoRNA within the duplicated region, affecting the serotonin 2c receptor (5-HT2cR), correlates with altered intracellular Ca2+ responses elicited by a 5-HT2cR agonist in neurons of mice with a paternal duplication. This chromosome-engineered mouse model for autism seems to replicate various aspects of human autistic phenotypes and validates the relevance of the human chromosome abnormality. This model will facilitate forward genetics of developmental brain disorders and serve as an invaluable tool for therapeutic development.

The poor correlation of mutational landscapes with phenotypes limits our understanding of the pathogenesis and metastasis of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). Here we show that oncogenic dosage-variation has a critical role in PDAC biology and phenotypic diversification. We find an increase in gene dosage of mutant KRAS in human PDAC precursors, which drives both early tumorigenesis and metastasis and thus rationalizes early PDAC dissemination. To overcome the limitations posed to gene dosage studies by the stromal richness of PDAC, we have developed large cell culture resources of metastatic mouse PDAC. Integration of cell culture genomes, transcriptomes and tumour phenotypes with functional studies and human data reveals additional widespread effects of oncogenic dosage variation on cell morphology and plasticity, histopathology and clinical outcome, with the highest KrasMUT levels underlying aggressive undifferentiated phenotypes. We also identify alternative oncogenic gains (Myc, Yap1 or Nfkb2), which collaborate with heterozygous KrasMUT in driving tumorigenesis, but have lower metastatic potential. Mechanistically, different oncogenic gains and dosages evolve along distinct evolutionary routes, licensed by defined allelic states and/or combinations of hallmark tumour suppressor alterations (Cdkn2a, Trp53, Tgfβ-pathway). Thus, evolutionary constraints and contingencies direct oncogenic dosage gain and variation along defined routes to drive the early progression of PDAC and shape its downstream biology. Our study uncovers universal principles of Ras-driven oncogenesis that have potential relevance beyond pancreatic cancer. Oncogenic dosage variation along distinct evolutionary routes defines fundamental aspects of pancreatic cancer biology and phenotypic diversification. Despite the availability of hundreds of pancreatic cancer genomes, it has been difficult to associate specific mutation patterns with distinct biological features. To address this, Roland Rad and colleagues tracked genomic alterations during the development of pancreatic cancer, aiming to link mutations to heterogeneous phenotypes. Human and mouse studies reveal that different gene dosages of an activating KRAS mutation are critical determinants of pancreatic cancer biology, including early progression, metastasis, histopathology, cellular plasticity and clinical aggressiveness. Mutant KRAS is amplified through distinct evolutionary routes during tumorigenesis that are defined by prior alterations of specific tumour suppressors and oncogenes. This study sheds light on the mechanisms underlying the phenotypic heterogeneity of pancreatic cancer and may aid advances in diagnosis, prognosis and therapy.

Many gene fusions have been reported in tumours and for most their role remains unknown. As fusions can be used clinically for diagnostic and prognostic purposes, and are targets for treatment, it is crucial to assess their functional implications in cancer. To investigate the role of fusions in tumor cell fitness, we developed a systematic analysis utilising RNA-sequencing data from 1,011 human cancer cell lines to functionally link 8,354 gene fusion events with genomic data, sensitivity to >350 anti-cancer drugs and CRISPR-Cas9 loss-of-fitness information. Established clinically-relevant fusions were readily identified. Overall, functional fusions were rare, including those involving cancer driver genes, suggesting that many fusions are dispensable for tumor cell fitness. Novel therapeutically actionable fusions involving RAF1, BRD4 and ROS1 were verified in new histologies. In addition, recurrent YAP1-MAML2 fusions were identified as activators of Hippo-pathway signaling in multiple cancer types, supporting therapeutic targeting of Hippo signalling. Our approach discriminates functional fusions, identifying new drivers of carcinogenesis and fusions that could have important clinical implications.