The fly Drosophila melanogaster is one of the most intensively studied organisms in biology and serves as a model system for the investigation of many developmental and cellular processes common to higher eukaryotes, including humans. We have determined the nucleotide sequence of nearly all of the ∼120-megabase euchromatic portion of the Drosophila genome using a whole-genome shotgun sequencing strategy supported by extensive clone-based sequence and a high-quality bacterial artificial chromosome physical map. Efforts are under way to close the remaining gaps; however, the sequence is of sufficient accuracy and contiguity to be declared substantially complete and to support an initial analysis of genome structure and preliminary gene annotation and interpretation. The genome encodes ∼13,600 genes, somewhat fewer than the smaller Caenorhabditis elegans genome, but with comparable functional diversity.

The world's oceans contain a complex mixture of micro-organisms that are for the most part, uncharacterized both genetically and biochemically. We report here a metagenomic study of the marine planktonic microbiota in which surface (mostly marine) water samples were analyzed as part of the Sorcerer II Global Ocean Sampling expedition. These samples, collected across a several-thousand km transect from the North Atlantic through the Panama Canal and ending in the South Pacific yielded an extensive dataset consisting of 7.7 million sequencing reads (6.3 billion bp). Though a few major microbial clades dominate the planktonic marine niche, the dataset contains great diversity with 85% of the assembled sequence and 57% of the unassembled data being unique at a 98% sequence identity cutoff. Using the metadata associated with each sample and sequencing library, we developed new comparative genomic and assembly methods. One comparative genomic method, termed "fragment recruitment," addressed questions of genome structure, evolution, and taxonomic or phylogenetic diversity, as well as the biochemical diversity of genes and gene families. A second method, termed "extreme assembly," made possible the assembly and reconstruction of large segments of abundant but clearly nonclonal organisms. Within all abundant populations analyzed, we found extensive intra-ribotype diversity in several forms: (1) extensive sequence variation within orthologous regions throughout a given genome; despite coverage of individual ribotypes approaching 500-fold, most individual sequencing reads are unique; (2) numerous changes in gene content some with direct adaptive implications; and (3) hypervariable genomic islands that are too variable to assemble. The intra-ribotype diversity is organized into genetically isolated populations that have overlapping but independent distributions, implying distinct environmental preference. We present novel methods for measuring the genomic similarity between metagenomic samples and show how they may be grouped into several community types. Specific functional adaptations can be identified both within individual ribotypes and across the entire community, including proteorhodopsin spectral tuning and the presence or absence of the phosphate-binding gene PstS.

Presented here is a genome sequence of an individual human. It was produced from ∼32 million random DNA fragments, sequenced by Sanger dideoxy technology and assembled into 4,528 scaffolds, comprising 2,810 million bases (Mb) of contiguous sequence with approximately 7.5-fold coverage for any given region. We developed a modified version of the Celera assembler to facilitate the identification and comparison of alternate alleles within this individual diploid genome. Comparison of this genome and the National Center for Biotechnology Information human reference assembly revealed more than 4.1 million DNA variants, encompassing 12.3 Mb. These variants (of which 1,288,319 were novel) included 3,213,401 single nucleotide polymorphisms (SNPs), 53,823 block substitutions (2–206 bp), 292,102 heterozygous insertion/deletion events (indels)(1–571 bp), 559,473 homozygous indels (1–82,711 bp), 90 inversions, as well as numerous segmental duplications and copy number variation regions. Non-SNP DNA variation accounts for 22% of all events identified in the donor, however they involve 74% of all variant bases. This suggests an important role for non-SNP genetic alterations in defining the diploid genome structure. Moreover, 44% of genes were heterozygous for one or more variants. Using a novel haplotype assembly strategy, we were able to span 1.5 Gb of genome sequence in segments >200 kb, providing further precision to the diploid nature of the genome. These data depict a definitive molecular portrait of a diploid human genome that provides a starting point for future genome comparisons and enables an era of individualized genomic information.

Next generation sequencing (NGS) platforms are currently being utilized for targeted sequencing of candidate genes or genomic intervals to perform sequence-based association studies. To evaluate these platforms for this application, we analyzed human sequence generated by the Roche 454, Illumina GA, and the ABI SOLiD technologies for the same 260 kb in four individuals. Local sequence characteristics contribute to systematic variability in sequence coverage (>100-fold difference in per-base coverage), resulting in patterns for each NGS technology that are highly correlated between samples. A comparison of the base calls to 88 kb of overlapping ABI 3730xL Sanger sequence generated for the same samples showed that the NGS platforms all have high sensitivity, identifying >95% of variant sites. At high coverage, depth base calling errors are systematic, resulting from local sequence contexts; as the coverage is lowered additional 'random sampling' errors in base calling occur. Our study provides important insights into systematic biases and data variability that need to be considered when utilizing NGS platforms for population targeted sequencing studies.

The hyperthermophile Nanoarchaeum equitans is an obligate symbiont growing in coculture with the crenarchaeon Ignicoccus. Ribosomal protein and rRNA-based phylogenies place its branching point early in the archaeal lineage, representing the new archaeal kingdom Nanoarchaeota. The N. equitans genome (490,885 base pairs) encodes the machinery for information processing and repair, but lacks genes for lipid, cofactor, amino acid, or nucleotide biosyntheses. It is the smallest microbial genome sequenced to date, and also one of the most compact, with 95% of the DNA predicted to encode proteins or stable RNAs. Its limited biosynthetic and catabolic capacity indicates that N. equitans' symbiotic relationship to Ignicoccus is parasitic, making it the only known archaeal parasite. Unlike the small genomes of bacterial parasites that are undergoing reductive evolution, N. equitans has few pseudogenes or extensive regions of noncoding DNA. This organism represents a basal archaeal lineage and has a highly reduced genome.

The high degree of similarity between the mouse and human genomes is demonstrated through analysis of the sequence of mouse chromosome 16 (Mmu 16), which was obtained as part of a whole-genome shotgun assembly of the mouse genome. The mouse genome is about 10% smaller than the human genome, owing to a lower repetitive DNA content. Comparison of the structure and protein-coding potential of Mmu 16 with that of the homologous segments of the human genome identifies regions of conserved synteny with human chromosomes (Hsa) 3, 8, 12, 16, 21, and 22. Gene content and order are highly conserved between Mmu 16 and the syntenic blocks of the human genome. Of the 731 predicted genes on Mmu 16, 509 align with orthologs on the corresponding portions of the human genome, 44 are likely paralogous to these genes, and 164 genes have homologs elsewhere in the human genome; there are 14 genes for which we could find no human counterpart.

The understanding of marine microbial ecology and metabolism has been hampered by the paucity of sequenced reference genomes. To this end, we report the sequencing of 137 diverse marine isolates collected from around the world. We analysed these sequences, along with previously published marine prokaryotic genomes, in the context of marine metagenomic data, to gain insights into the ecology of the surface ocean prokaryotic picoplankton (0.1-3.0 μm size range). The results suggest that the sequenced genomes define two microbial groups: one composed of only a few taxa that are nearly always abundant in picoplanktonic communities, and the other consisting of many microbial taxa that are rarely abundant. The genomic content of the second group suggests that these microbes are capable of slow growth and survival in energy-limited environments, and rapid growth in energy-rich environments. By contrast, the abundant and cosmopolitan picoplanktonic prokaryotes for which there is genomic representation have smaller genomes, are probably capable of only slow growth and seem to be relatively unable to sense or rapidly acclimate to energy-rich conditions. Their genomic features also lead us to propose that one method used to avoid predation by viruses and/or bacterivores is by means of slow growth and the maintenance of low biomass.