To understand the impact of gut microbes on human health and well-being it is crucial to assess their genetic potential. Here we describe the Illumina-based metagenomic sequencing, assembly and characterization of 3.3 million non-redundant microbial genes, derived from 576.7 gigabases of sequence, from faecal samples of 124 European individuals. The gene set, ∼150 times larger than the human gene complement, contains an overwhelming majority of the prevalent (more frequent) microbial genes of the cohort and probably includes a large proportion of the prevalent human intestinal microbial genes. The genes are largely shared among individuals of the cohort. Over 99% of the genes are bacterial, indicating that the entire cohort harbours between 1,000 and 1,150 prevalent bacterial species and each individual at least 160 such species, which are also largely shared. We define and describe the minimal gut metagenome and the minimal gut bacterial genome in terms of functions present in all individuals and most bacteria, respectively. The human body plays host to an estimated 100 trillion microbial cells, most of them in the gut where they have a profound influence on human physiology and nutrition — and are now regarded as crucial for human life. Gut microbes contribute to the energy harvest from food, and changes of gut microbiome may be associated with bowel diseases or obesity. Now the international MetaHIT (Metagenomics of the Human Intestinal Tract) project has published a gene catalogue of the human gut microbiome derived from 124 healthy, overweight and obese human adults, as well as inflammatory disease patients, from Denmark and Spain. The resulting data provide the first insights into this gene set — which is over 150 times larger than the human gene complement — and show that the genes are largely shared among individuals. Based on the variety of functions encoded by the gene set, it is possible to define both a minimal gut metagenome and a minimal gut bacterial genome. Deep metagenomic sequencing and characterization of the human gut microbiome from healthy and obese individuals, as well as those suffering from inflammatory bowel disease, provide the first insights into this gene set and how much of it is shared among individuals. The minimal gut metagenome as well as the minimal gut bacterial genome is also described.

Next-generation massively parallel DNA sequencing technologies provide ultrahigh throughput at a substantially lower unit data cost; however, the data are very short read length sequences, making de novo assembly extremely challenging. Here, we describe a novel method for de novo assembly of large genomes from short read sequences. We successfully assembled both the Asian and African human genome sequences, achieving an N50 contig size of 7.4 and 5.9 kilobases (kb) and scaffold of 446.3 and 61.9 kb, respectively. The development of this de novo short read assembly method creates new opportunities for building reference sequences and carrying out accurate analyses of unexplored genomes in a cost-effective way.

Toward an insect evolution resolution Insects are the most diverse group of animals, with the largest number of species. However, many of the evolutionary relationships between insect species have been controversial and difficult to resolve. Misof et al. performed a phylogenomic analysis of protein-coding genes from all major insect orders and close relatives, resolving the placement of taxa. The authors used this resolved phylogenetic tree together with fossil analysis to date the origin of insects to ~479 million years ago and to resolve long-controversial subjects in insect phylogeny. Science , this issue p. 763

To better determine the history of modern birds, we performed a genome-scale phylogenetic analysis of 48 species representing all orders of Neoaves using phylogenomic methods created to handle genome-scale data. We recovered a highly resolved tree that confirms previously controversial sister or close relationships. We identified the first divergence in Neoaves, two groups we named Passerea and Columbea, representing independent lineages of diverse and convergently evolved land and water bird species. Among Passerea, we infer the common ancestor of core landbirds to have been an apex predator and confirm independent gains of vocal learning. Among Columbea, we identify pigeons and flamingoes as belonging to sister clades. Even with whole genomes, some of the earliest branches in Neoaves proved challenging to resolve, which was best explained by massive protein-coding sequence convergence and high levels of incomplete lineage sorting that occurred during a rapid radiation after the Cretaceous-Paleogene mass extinction event about 66 million years ago.

Quality control (QC) and preprocessing are essential steps for sequencing data analysis to ensure the accuracy of results. However, existing tools cannot provide a satisfying solution with integrated comprehensive functions, proper architectures, and highly scalable acceleration. In this article, we demonstrate SOAPnuke as a tool with abundant functions for a “QC-Preprocess-QC” workflow and MapReduce acceleration framework. Four modules with different preprocessing functions are designed for processing datasets from genomic, small RNA, Digital Gene Expression, and metagenomic experiments, respectively. As a workflow-like tool, SOAPnuke centralizes processing functions into 1 executable and predefines their order to avoid the necessity of reformatting different files when switching tools. Furthermore, the MapReduce framework enables large scalability to distribute all the processing works to an entire compute cluster. We conducted a benchmarking where SOAPnuke and other tools are used to preprocess a ∼30× NA12878 dataset published by GIAB. The standalone operation of SOAPnuke struck a balance between resource occupancy and performance. When accelerated on 16 working nodes with MapReduce, SOAPnuke achieved ∼5.7 times the fastest speed of other tools.

No Genetic Vertigo Peoples living in high altitudes have adapted to their situation (see the Perspective by Storz ). To identify gene regions that might have contributed to high-altitude adaptation in Tibetans, Simonson et al. (p. 72 , published online 13 May) conducted a genome scan of nucleotide polymorphism comparing Tibetans, Han Chinese, and Japanese, while Yi et al. (p. 75 ) performed comparable analyses on the coding regions of all genes—their exomes. Both studies converged on a gene, endothelial Per-Arnt-Sim domain protein 1 (also known as hypoxia-inducible factor 2 α), which has been linked to the regulation of red blood cell production. Other genes identified that were potentially under selection included adult and fetal hemoglobin and two functional candidate loci that were correlated with low hemoglobin concentration in Tibetans. Future detailed functional studies will now be required to examine the mechanistic underpinnings of physiological adaptation to high altitudes.

Jun Wang and colleagues report the genome sequence of the cucumber. The cucumber genome is the seventh plant genome sequence to be reported and was assembled with a combination of traditional Sanger and next-generation sequencing methods. Cucumber is an economically important crop as well as a model system for sex determination studies and plant vascular biology. Here we report the draft genome sequence of Cucumis sativus var. sativus L., assembled using a novel combination of traditional Sanger and next-generation Illumina GA sequencing technologies to obtain 72.2-fold genome coverage. The absence of recent whole-genome duplication, along with the presence of few tandem duplications, explains the small number of genes in the cucumber. Our study establishes that five of the cucumber's seven chromosomes arose from fusions of ten ancestral chromosomes after divergence from Cucumis melo. The sequenced cucumber genome affords insight into traits such as its sex expression, disease resistance, biosynthesis of cucurbitacin and 'fresh green' odor. We also identify 686 gene clusters related to phloem function. The cucumber genome provides a valuable resource for developing elite cultivars and for studying the evolution and function of the plant vascular system.

The gut microbiota has been linked to cardiovascular diseases. However, the composition and functional capacity of the gut microbiome in relation to cardiovascular diseases have not been systematically examined. Here, we perform a metagenome-wide association study on stools from 218 individuals with atherosclerotic cardiovascular disease (ACVD) and 187 healthy controls. The ACVD gut microbiome deviates from the healthy status by increased abundance of Enterobacteriaceae and Streptococcus spp. and, functionally, in the potential for metabolism or transport of several molecules important for cardiovascular health. Although drug treatment represents a confounding factor, ACVD status, and not current drug use, is the major distinguishing feature in this cohort. We identify common themes by comparison with gut microbiome data associated with other cardiometabolic diseases (obesity and type 2 diabetes), with liver cirrhosis, and rheumatoid arthritis. Our data represent a comprehensive resource for further investigations on the role of the gut microbiome in promoting or preventing ACVD as well as other related diseases.The gut microbiota may play a role in cardiovascular diseases. Here, the authors perform a metagenome-wide association study on stools from individuals with atherosclerotic cardiovascular disease and healthy controls, identifying microbial strains and functions associated with the disease.