Chromosome 21 is the smallest human autosome. An extra copy of chromosome 21 causes Down syndrome, the most frequent genetic cause of significant mental retardation, which affects up to 1 in 700 live births. Several anonymous loci for monogenic disorders and predispositions for common complex disorders have also been mapped to this chromosome, and loss of heterozygosity has been observed in regions associated with solid tumours. Here we report the sequence and gene catalogue of the long arm of chromosome 21. We have sequenced 33,546,361 base pairs (bp) of DNA with very high accuracy, the largest contig being 25,491,867 bp. Only three small clone gaps and seven sequencing gaps remain, comprising about 100 kilobases. Thus, we achieved 99.7% coverage of 21q. We also sequenced 281,116 bp from the short arm. The structural features identified include duplications that are probably involved in chromosomal abnormalities and repeat structures in the telomeric and pericentromeric regions. Analysis of the chromosome revealed 127 known genes, 98 predicted genes and 59 pseudogenes.

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.