Diatoms, a type of microscopic marine and freshwater alga, dominate the oceans and are responsible for about a fifth of the primary productivity on Earth. The complete genome sequence of Phaeodactylum tricornutum is reported in this issue, the second diatom to be sequenced. Comparisons with Thalassiosira pseudonana, the first, reveal that hundreds of diatom genes have been acquired by gene transfer from bacteria — or vice versa. Gene transfer appears to have been common during diatom evolution, creating unorthodox combinations of genes — including some from plants and animals — likely to play major roles in nutrient management and environmental signalling. Diatoms are photosynthetic secondary endosymbionts found throughout marine and freshwater environments, and are believed to be responsible for around one-fifth of the primary productivity on Earth1,2. The genome sequence of the marine centric diatom Thalassiosira pseudonana was recently reported, revealing a wealth of information about diatom biology3,4,5. Here we report the complete genome sequence of the pennate diatom Phaeodactylum tricornutum and compare it with that of T. pseudonana to clarify evolutionary origins, functional significance and ubiquity of these features throughout diatoms. In spite of the fact that the pennate and centric lineages have only been diverging for 90 million years, their genome structures are dramatically different and a substantial fraction of genes (∼40%) are not shared by these representatives of the two lineages. Analysis of molecular divergence compared with yeasts and metazoans reveals rapid rates of gene diversification in diatoms. Contributing factors include selective gene family expansions, differential losses and gains of genes and introns, and differential mobilization of transposable elements. Most significantly, we document the presence of hundreds of genes from bacteria. More than 300 of these gene transfers are found in both diatoms, attesting to their ancient origins, and many are likely to provide novel possibilities for metabolite management and for perception of environmental signals. These findings go a long way towards explaining the incredible diversity and success of the diatoms in contemporary oceans.

The duplication of entire genomes has long been recognized as having great potential for evolutionary novelties, but the mechanisms underlying their resolution through gene loss are poorly understood. Here we show that in the unicellular eukaryote Paramecium tetraurelia, a ciliate, most of the nearly 40,000 genes arose through at least three successive whole-genome duplications. Phylogenetic analysis indicates that the most recent duplication coincides with an explosion of speciation events that gave rise to the P. aurelia complex of 15 sibling species. We observed that gene loss occurs over a long timescale, not as an initial massive event. Genes from the same metabolic pathway or protein complex have common patterns of gene loss, and highly expressed genes are over-retained after all duplications. The conclusion of this analysis is that many genes are maintained after whole-genome duplication not because of functional innovation but because of gene dosage constraints.

The Périgord black truffle (Tuber melanosporum Vittad.) and the Piedmont white truffle dominate today's truffle market. The hypogeous fruiting body of T. melanosporum is a gastronomic delicacy produced by an ectomycorrhizal symbiont endemic to calcareous soils in southern Europe. The worldwide demand for this truffle has fuelled intense efforts at cultivation. Identification of processes that condition and trigger fruit body and symbiosis formation, ultimately leading to efficient crop production, will be facilitated by a thorough analysis of truffle genomic traits. In the ectomycorrhizal Laccaria bicolor, the expansion of gene families may have acted as a 'symbiosis toolbox'. This feature may however reflect evolution of this particular taxon and not a general trait shared by all ectomycorrhizal species. To get a better understanding of the biology and evolution of the ectomycorrhizal symbiosis, we report here the sequence of the haploid genome of T. melanosporum, which at approximately 125 megabases is the largest and most complex fungal genome sequenced so far. This expansion results from a proliferation of transposable elements accounting for approximately 58% of the genome. In contrast, this genome only contains approximately 7,500 protein-coding genes with very rare multigene families. It lacks large sets of carbohydrate cleaving enzymes, but a few of them involved in degradation of plant cell walls are induced in symbiotic tissues. The latter feature and the upregulation of genes encoding for lipases and multicopper oxidases suggest that T. melanosporum degrades its host cell walls during colonization. Symbiosis induces an increased expression of carbohydrate and amino acid transporters in both L. bicolor and T. melanosporum, but the comparison of genomic traits in the two ectomycorrhizal fungi showed that genetic predispositions for symbiosis-'the symbiosis toolbox'-evolved along different ways in ascomycetes and basidiomycetes.

A double-blind, randomized, clinical field trial was designed to test the efficacy and tolerance of a specific drug treatment in children in the indeterminate phase of infection by Trypanosoma cruzi. Children were treated with benznidazole at a dose of 5 mg/kg/day for 60 days or placebo and followed-up for 48 months. The treated children showed a significant decrease in geometric mean titers of antibodies against T. cruzi measured by indirect hemagglutination, indirect immunofluorescence, and ELISA. After a four year follow-up, 62% of the benznidazole-treated children and no placebo-treated child were seronegative for T. cruzi when tested by an ELISA using a T. cruzi flagellar calcium-binding protein (F29). Xenodiagnosis carried out after 48 months of follow-up was positive in 4.7% of the benznidazole-treated children and in 51.2% of the placebo-treated children. These results show the tolerance to and efficacy of benznidazole against T. cruzi in seropositive children six to 12 years of age. We used an early serologic marker of cure after treatment, consisting of a recombinant antigen implemented in a rapid, conventional serologic procedure.

Red seaweeds are key components of coastal ecosystems and are economically important as food and as a source of gelling agents, but their genes and genomes have received little attention. Here we report the sequencing of the 105-Mbp genome of the florideophyte Chondrus crispus (Irish moss) and the annotation of the 9,606 genes. The genome features an unusual structure characterized by gene-dense regions surrounded by repeat-rich regions dominated by transposable elements. Despite its fairly large size, this genome shows features typical of compact genomes, e.g., on average only 0.3 introns per gene, short introns, low median distance between genes, small gene families, and no indication of large-scale genome duplication. The genome also gives insights into the metabolism of marine red algae and adaptations to the marine environment, including genes related to halogen metabolism, oxylipins, and multicellularity (microRNA processing and transcription factors). Particularly interesting are features related to carbohydrate metabolism, which include a minimalistic gene set for starch biosynthesis, the presence of cellulose synthases acquired before the primary endosymbiosis showing the polyphyly of cellulose synthesis in Archaeplastida, and cellulases absent in terrestrial plants as well as the occurrence of a mannosylglycerate synthase potentially originating from a marine bacterium. To explain the observations on genome structure and gene content, we propose an evolutionary scenario involving an ancestral red alga that was driven by early ecological forces to lose genes, introns, and intergenetic DNA; this loss was followed by an expansion of genome size as a consequence of activity of transposable elements.

Abstract Background The dung-inhabiting ascomycete fungus Podospora anserina is a model used to study various aspects of eukaryotic and fungal biology, such as ageing, prions and sexual development. Results We present a 10X draft sequence of P. anserina genome, linked to the sequences of a large expressed sequence tag collection. Similar to higher eukaryotes, the P. anserina transcription/splicing machinery generates numerous non-conventional transcripts. Comparison of the P. anserina genome and orthologous gene set with the one of its close relatives, Neurospora crassa , shows that synteny is poorly conserved, the main result of evolution being gene shuffling in the same chromosome. The P. anserina genome contains fewer repeated sequences and has evolved new genes by duplication since its separation from N. crassa , despite the presence of the repeat induced point mutation mechanism that mutates duplicated sequences. We also provide evidence that frequent gene loss took place in the lineages leading to P. anserina and N. crassa . P. anserina contains a large and highly specialized set of genes involved in utilization of natural carbon sources commonly found in its natural biotope. It includes genes potentially involved in lignin degradation and efficient cellulose breakdown. Conclusion The features of the P. anserina genome indicate a highly dynamic evolution since the divergence of P. anserina and N. crassa , leading to the ability of the former to use specific complex carbon sources that match its needs in its natural biotope.

Genomes of animals as different as sponges and humans show conservation of global architecture. Here we show that multiple genomic features including transposon diversity, developmental gene repertoire, physical gene order, and intron-exon organization are shattered in the tunicate Oikopleura, belonging to the sister group of vertebrates and retaining chordate morphology. Ancestral architecture of animal genomes can be deeply modified and may therefore be largely nonadaptive. This rapidly evolving animal lineage thus offers unique perspectives on the level of genome plasticity. It also illuminates issues as fundamental as the mechanisms of intron gain.

Abstract Sexual reproduction is a ubiquitous and ancient trait of eukaryotic life. While sexual organisms are usually faced with the challenge of finding a compatible mating partner, species as diverse as animals, plants, and fungi have repeatedly evolved the ability to reproduce sexually without an obligate requirement for another individual. Here, we uncovered the underlying mechanism of self-compatibility (homothallism) in Cryptococcus depauperatus , a fungal species sister to the clinically relevant human fungal pathogens Cryptococcus neoformans and Cryptococcus gattii species complexes. In contrast to C. neoformans or C. gattii , which grow as a yeast in the asexual stage, and produce hyphae, basidia, and infectious spores during the sexual stage, C. depauperatus grows exclusively as hyphae decorated with basidia and abundant spores and appears to be continuously engaged in sexual reproduction. By combining the insights from comparative genomics and genetic analyses of mutants defective in key mating and meiosis genes, we demonstrate the sexual cycle of C. depauperatus involves meiosis, and reveal that self-compatibility is orchestrated by the expression, in the same cell, of an unlinked mating receptor (Ste3 a ) and pheromone ligand (MFα) pair seemingly derived from opposite mating types of a heterothallic (self-sterile) ancestor. We identified a putative mating-type ( MAT ) determining region containing genes phylogenetically aligned with MAT a alleles of other species, and a few MAT α gene alleles scattered and unlinked throughout the genome, but no homologs of the mating-type homeodomain genes SXI1 ( HD1 ) and SXI2 ( HD2 ). Comparative genomic analyses suggested a dramatic remodeling of the MAT locus possibly owing to reduced selective constraints to maintain mating-type genes in tight linkage, associated with a transition to self-fertility. Our findings support C. depauperatus as an obligately sexual, homothallic fungal species and provide additional insight into the repeated transitions between modes of sexual reproduction that have occurred throughout the fungal kingdom.