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.

In a forward screen for genes affecting neurotransmission in Drosophila, we identified mutations in dynamin-related protein (drp1). DRP1 is required for proper cellular distribution of mitochondria, and in mutant neurons, mitochondria are largely absent from synapses, thus providing a genetic tool to assess the role of mitochondria at synapses. Although resting Ca2+ is elevated at drp1 NMJs, basal synaptic properties are barely affected. However, during intense stimulation, mutants fail to maintain normal neurotransmission. Surprisingly, FM1-43 labeling indicates normal exo- and endocytosis, but a specific inability to mobilize reserve pool vesicles, which is partially rescued by exogenous ATP. Using a variety of drugs, we provide evidence that reserve pool recruitment depends on mitochondrial ATP production downstream of PKA signaling and that mitochondrial ATP limits myosin-propelled mobilization of reserve pool vesicles. Our data suggest a specific role for mitochondria in regulating synaptic strength.

Xiaowen Sun and colleagues report the whole-genome sequencing of the common carp, Cyprinus carpio. They also resequenced 33 representative accessions from a worldwide collection and provide insights into population structure and evolution. The common carp, Cyprinus carpio, is one of the most important cyprinid species and globally accounts for 10% of freshwater aquaculture production. Here we present a draft genome of domesticated C. carpio (strain Songpu), whose current assembly contains 52,610 protein-coding genes and approximately 92.3% coverage of its paleotetraploidized genome (2n = 100). The latest round of whole-genome duplication has been estimated to have occurred approximately 8.2 million years ago. Genome resequencing of 33 representative individuals from worldwide populations demonstrates a single origin for C. carpio in 2 subspecies (C. carpio Haematopterus and C. carpio carpio). Integrative genomic and transcriptomic analyses were used to identify loci potentially associated with traits including scaling patterns and skin color. In combination with the high-resolution genetic map, the draft genome paves the way for better molecular studies and improved genome-assisted breeding of C. carpio and other closely related species.

Mutations in the gene parkin in humans (PARK2) are responsible for a large number of familial cases of autosomal-recessive Parkinson disease. We have isolated a Drosophila homolog of human PARK2 and characterized its expression and null phenotype. parkin null flies have 30% lower mass than wild-type controls which is in part accounted for by a reduced cell size and number. In addition, these flies are infertile, show significantly reduced longevity, and are unable to jump or fly. Rearing mutants on paraquat, which generates toxic free radicals in vivo, causes a further reduction in longevity. Furthermore, loss of parkin results in progressive degeneration of most indirect flight muscle (IFM) groups soon after eclosion, accompanied by apoptosis. However, parkin mutants have normal neuromuscular junction recordings during the third larval instar stage, suggesting that larval musculature is intact and that parkin is required only in pupal and adult muscle. parkin flies do not show an age-dependent dopaminergic neuron loss in the brain, even after aging adults for 3 weeks. Nevertheless, degeneration of IFMs demonstrates the importance of parkin in maintaining specific cell groups, perhaps those with a high-energy demand and the concomitant production of high levels of free radicals. parkin mutants will be a valuable model for future analysis of the mechanisms of cell and tissue degeneration.

CRISPR/Cas9 technology of genome editing has greatly facilitated the targeted inactivation of genes in vitro and in vivo in a wide range of organisms. In zebrafish, it allows the rapid generation of knockout lines by simply injecting a guide RNA (gRNA) and Cas9 mRNA into one-cell stage embryos. Here, we report a simple and scalable CRISPR-based vector system for tissue-specific gene inactivation in zebrafish. As proof of principle, we used our vector with the gata1 promoter driving Cas9 expression to silence the urod gene, implicated in heme biosynthesis, specifically in the erythrocytic lineage. Urod targeting yielded red fluorescent erythrocytes in zebrafish embryos, recapitulating the phenotype observed in the yquem mutant. While F0 embryos displayed mosaic gene disruption, the phenotype appeared very penetrant in stable F1 fish. This vector system constitutes a unique tool to spatially control gene knockout and greatly broadens the scope of loss-of-function studies in zebrafish.

African genomics and skin color Skin color varies among human populations and is thought to be under selection, with light skin maximizing vitamin D production at higher latitudes and dark skin providing UV protection in equatorial zones. To identify the genes that give rise to the palette of human skin tones, Crawford et al. applied genome-wide analyses across diverse African populations (see the Perspective by Tang and Barsh). Genetic variants were identified with likely function in skin phenotypes. Comparison to model organisms verified a conserved function of MFSD12 in pigmentation. A global genetic panel was used to trace how alleles associated with skin color likely moved across the globe as humans migrated, both within and out of Africa. Science , this issue p. eaan8433 ; see also p. 867

5' strand resection at DNA double strand breaks (DSBs) is critical for homologous recombination (HR) and genomic stability. Here we develop a novel method to quantitatively measure single-stranded DNA intermediates in human cells and find that the 5' strand at endonuclease-generated break sites is resected up to 3.5 kb in a cell cycle-dependent manner. Depletion of CtIP, Mre11, Exo1 or SOSS1 blocks resection, while depletion of 53BP1, Ku or DNA-dependent protein kinase catalytic subunit leads to increased resection as measured by this method. While 53BP1 negatively regulates DNA end processing, depletion of Brca1 does not, suggesting that the role of Brca1 in HR is primarily to promote Rad51 filament formation, not to regulate end resection.