MW 11:00-12:15 in Beckman B302 Prof: Gill Bejerano TAs: Jim Notwell & Harendra Guturu

1. CS173 Lecture 10: Genome Evolution I, Repeats I MW  11:00-12:15 in Beckman B302 Prof: Gill Bejerano TAs: Jim Notwell & Harendra Guturu http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

2. Announcements • Halfway feedback feedback • Thank you for sharing your thoughts! • You are right • However… http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

3. Teach us more CS (more Bio) Never mind how you did it,What did you find? Why Bio What CS Never mind why you did it, I can do it faster! How We almost finished content & function! Reject the dichotomy. Knowth your biology. http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

4. More UCSC / Unix examples http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

5. Am I on the right track? • We would like to give you a taste of going off trail. • Check intermediate steps:Check 5 random cases, Make histogram, check 5 outliers. • Try to reproduce bugs/confusion with minimum inputs. • Easier to solve, easier to get help. • Dump table browser to file, process and compare. • When self-sufficiency fails: • Friends • Piazza • Office hours http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

6. HW1 TA feedback • You are encouraged to offer advice to others on Piazza. • Please do not post questions as private unless they are really private • Please read previous questions & answers. • Please realize that on-line bandwidth is limited. For more in-depth questions please come to office hours. • Try to answer some of your questions using the web. • If you find better / complementary links to ours – offer them to us. http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

7. TTATATTGAATTTTCAAAAATTCTTACTTTTTTTTTGGATGGACGCAAAGAAGTTTAATAATCATATTACATGGCATTACCACCATATACATATCCATATCTAATCTTACTTATATGTTGTGGAAATGTAAAGAGCCCCATTATCTTAGCCTAAAAAAACCTTCTCTTTGGAACTTTCAGTAATACGCTTAACTGCTCATTGCTATATTGAAGTACGGATTAGAAGCCGCCGAGCGGGCGACAGCCCTCCGACGGAAGACTCTCCTCCGTGCGTCCTCGTCTTCACCGGTCGCGTTCCTGAAACGCAGATGTGCCTCGCGCCGCACTGCTCCGAACAATAAAGATTCTACAATACTAGCTTTTATGGTTATGAAGAGGAAAAATTGGCAGTAACCTGGCCCCACAAACCTTCAAATTAACGAATCAAATTAACAACCATAGGATGATAATGCGATTAGTTTTTTAGCCTTATTTCTGGGGTAATTAATCAGCGAAGCGATGATTTTTGATCTATTAACAGATATATAAATGGAAAAGCTGCATAACCACTTTAACTAATACTTTCAACATTTTCAGTTTGTATTACTTCTTATTCAAATGTCATAAAAGTATCAACAAAAAATTGTTAATATACCTCTATACTTTAACGTCAAGGAGAAAAAACTATAATGACTAAATCTCATTCAGAAGAAGTGATTGTACCTGAGTTCAATTCTAGCGCAAAGGAATTACCAAGACCATTGGCCGAAAAGTGCCCGAGCATAATTAAGAAATTTATAAGCGCTTATGATGCTAAACCGGATTTTGTTGCTAGATCGCCTGGTAGAGTCAATCTAATTGGTGAACATATTGATTATTGTGACTTCTCGGTTTTACCTTTAGCTATTGATTTTGATATGCTTTGCGCCGTCAAAGTTTTGAACGATGAGATTTCAAGTCTTAAAGCTATATCAGAGGGCTAAGCATGTGTATTCTGAATCTTTAAGAGTCTTGAAGGCTGTGAAATTAATGACTACAGCGAGCTTTACTGCCGACGAAGACTTTTTCAAGCAATTTGGTGCCTTGATGAACGAGTCTCAAGCTTCTTGCGATAAACTTTACGAATGTTCTTGTCCAGAGATTGACAAAATTTGTTCCATTGCTTTGTCAAATGGATCATATGGTTCCCGTTTGACCGGAGCTGGCTGGGGTGGTTGTACTGTTCACTTGGTTCCAGGGGGCCCAAATGGCAACATAGAAAAGGTAAAAGAAGCCCTTGCCAATGAGTTCTACAAGGTCAAGTACCCTAAGATCACTGATGCTGAGCTAGAAAATGCTATCATCGTCTCTAAACCAGCATTGGGCAGCTGTCTATATGAATTAGTCAAGTATACTTCTTTTTTTTACTTTGTTCAGAACAACTTCTCATTTTTTTCTACTCATAACTTTAGCATCACAAAATACGCAATAATAACGAGTAGTAACACTTTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCACAAACTTTAAAACACAGGGACAAAATTCTTGATATGCTTTCAACCGCTGCGTTTTGGATACCTATTCTTGACATGATATGACTACCATTTTGTTATTGTACGTGGGGCAGTTGACGTCTTATCATATGTCAAAGTTGCGAAGTTCTTGGCAAGTTGCCAACTGACGAGATGCAGTAACACTTTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCACAAACTTTAAAACACAGGGACAAAATTCTTGATATGCTTTCAACCGCTGCGTTTTGGATACCTATTCTTGACATGATATGACTACCATTTTGTTATTGTACGTGGGGCAGTTGACGTCTTATCATATGTCAAAGTCATTTGCGAAGTTCTTGGCAAGTTGCCAACTGACGAGATGCAGTTTCCTACGCATAATAAGAATAGGAGGGAATATCAAGCCAGACAATCTATCATTACATTTAAGCGGCTCTTCAAAAAGATTGAACTCTCGCCAACTTATGGAATCTTCCAATGAGACCTTTGCGCCAAATAATGTGGATTTGGAAAAAGAGTATAAGTCATCTCAGAGTAATATAACTACCGAAGTTTATGAGGCATCGAGCTTTGAAGAAAAAGTAAGCTCAGAAAAACCTCAATACAGCTCATTCTGGAAGAAAATCTATTATGAATATGTGGTCGTTGACAAATCAATCTTGGGTGTTTCTATTCTGGATTCATTTATGTACAACCAGGACTTGAAGCCCGTCGAAAAAGAAAGGCGGGTTTGGTCCTGGTACAATTATTGTTACTTCTGGCTTGCTGAATGTTTCAATATCAACACTTGGCAAATTGCAGCTACAGGTCTACAACTGGGTCTAAATTGGTGGCAGTGTTGGATAACAATTTGGATTGGGTACGGTTTCGTTGGTGCTTTTGTTGTTTTGGCCTCTAGAGTTGGATCTGCTTATCATTTGTCATTCCCTATATCATCTAGAGCATCATTCGGTATTTTCTTCTCTTTATGGCCCGTTATTAACAGAGTCGTCATGGCCATCGTTTGGTATAGTGTCCAAGCTTATATTGCGGCAACTCCCGTATCATTAATGCTGAAATCTATCTTTGGAAAAGATTTACAATGATTGTACGTGGGGCAGTTGACGTCTTATCATATGTCAAAGTCATTTGCGAAGTTCTTGGCAAGTTGCCAACTGACGAGATGCAGTAACACTTTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCACAAACTTTAAAACACAGGGACAAAATTCTTGATATGCTTTCAACCGCTGCGTTTTGGATACCTATTCTTGACATGATATGACTACCATTTTGTTATTGTTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATAAAGTTATATTGAATTTTCAAAAATTCTTACTTTTTTTTTGGATGGACGCAAAGAAGTTTAATAATCATATTACATGGCATTACCACCATATACATATCCATATCTAATCTTACTTATATGTTGTGGAAATGTAAAGAGCCCCATTATCTTAGCCTAAAAAAACCTTCTCTTTGGAACTTTCAGTAATACGCTTAACTGCTCATTGCTATATTGAAGTACGGATTAGAAGCCGCCGAGCGGGCGACAGCCCTCCGACGGAAGACTCTCCTCCGTGCGTCCTCGTCTTCACCGGTCGCGTTCCTGAAACGCAGATGTGCCTCGCGCCGCACTGCTCCGAACAATAAAGATTCTACAATACTAGCTTTTATGGTTATGAAGAGGAAAAATTGGCAGTAACCTGGCCCCACAAACCTTCAAATTAACGAATCAAATTAACAACCATAGGATGATAATGCGATTAGTTTTTTAGCCTTATTTCTGGGGTAATTAATCAGCGAAGCGATGATTTTTGATCTATTAACAGATATATAAATGGAAAAGCTGCATAACCACTTTAACTAATACTTTCAACATTTTCAGTTTGTATTACTTCTTATTCAAATGTCATAAAAGTATCAACAAAAAATTGTTAATATACCTCTATACTTTAACGTCAAGGAGAAAAAACTATAATGACTAAATCTCATTCAGAAGAAGTGATTGTACCTGAGTTCAATTCTAGCGCAAAGGAATTACCAAGACCATTGGCCGAAAAGTGCCCGAGCATAATTAAGAAATTTATAAGCGCTTATGATGCTAAACCGGATTTTGTTGCTAGATCGCCTGGTAGAGTCAATCTAATTGGTGAACATATTGATTATTGTGACTTCTCGGTTTTACCTTTAGCTATTGATTTTGATATGCTTTGCGCCGTCAAAGTTTTGAACGATGAGATTTCAAGTCTTAAAGCTATATCAGAGGGCTAAGCATGTGTATTCTGAATCTTTAAGAGTCTTGAAGGCTGTGAAATTAATGACTACAGCGAGCTTTACTGCCGACGAAGACTTTTTCAAGCAATTTGGTGCCTTGATGAACGAGTCTCAAGCTTCTTGCGATAAACTTTACGAATGTTCTTGTCCAGAGATTGACAAAATTTGTTCCATTGCTTTGTCAAATGGATCATATGGTTCCCGTTTGACCGGAGCTGGCTGGGGTGGTTGTACTGTTCACTTGGTTCCAGGGGGCCCAAATGGCAACATAGAAAAGGTAAAAGAAGCCCTTGCCAATGAGTTCTACAAGGTCAAGTACCCTAAGATCACTGATGCTGAGCTAGAAAATGCTATCATCGTCTCTAAACCAGCATTGGGCAGCTGTC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Genome Content http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

8. Transcription & Transcription Regulation http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

9. Gene Regulation Chromatin / Proteins Extracellular signals DNA / Proteins http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

10. TTATATTGAATTTTCAAAAATTCTTACTTTTTTTTTGGATGGACGCAAAGAAGTTTAATAATCATATTACATGGCATTACCACCATATACATATCCATATCTAATCTTACTTATATGTTGTGGAAATGTAAAGAGCCCCATTATCTTAGCCTAAAAAAACCTTCTCTTTGGAACTTTCAGTAATACGCTTAACTGCTCATTGCTATATTGAAGTACGGATTAGAAGCCGCCGAGCGGGCGACAGCCCTCCGACGGAAGACTCTCCTCCGTGCGTCCTCGTCTTCACCGGTCGCGTTCCTGAAACGCAGATGTGCCTCGCGCCGCACTGCTCCGAACAATAAAGATTCTACAATACTAGCTTTTATGGTTATGAAGAGGAAAAATTGGCAGTAACCTGGCCCCACAAACCTTCAAATTAACGAATCAAATTAACAACCATAGGATGATAATGCGATTAGTTTTTTAGCCTTATTTCTGGGGTAATTAATCAGCGAAGCGATGATTTTTGATCTATTAACAGATATATAAATGGAAAAGCTGCATAACCACTTTAACTAATACTTTCAACATTTTCAGTTTGTATTACTTCTTATTCAAATGTCATAAAAGTATCAACAAAAAATTGTTAATATACCTCTATACTTTAACGTCAAGGAGAAAAAACTATAATGACTAAATCTCATTCAGAAGAAGTGATTGTACCTGAGTTCAATTCTAGCGCAAAGGAATTACCAAGACCATTGGCCGAAAAGTGCCCGAGCATAATTAAGAAATTTATAAGCGCTTATGATGCTAAACCGGATTTTGTTGCTAGATCGCCTGGTAGAGTCAATCTAATTGGTGAACATATTGATTATTGTGACTTCTCGGTTTTACCTTTAGCTATTGATTTTGATATGCTTTGCGCCGTCAAAGTTTTGAACGATGAGATTTCAAGTCTTAAAGCTATATCAGAGGGCTAAGCATGTGTATTCTGAATCTTTAAGAGTCTTGAAGGCTGTGAAATTAATGACTACAGCGAGCTTTACTGCCGACGAAGACTTTTTCAAGCAATTTGGTGCCTTGATGAACGAGTCTCAAGCTTCTTGCGATAAACTTTACGAATGTTCTTGTCCAGAGATTGACAAAATTTGTTCCATTGCTTTGTCAAATGGATCATATGGTTCCCGTTTGACCGGAGCTGGCTGGGGTGGTTGTACTGTTCACTTGGTTCCAGGGGGCCCAAATGGCAACATAGAAAAGGTAAAAGAAGCCCTTGCCAATGAGTTCTACAAGGTCAAGTACCCTAAGATCACTGATGCTGAGCTAGAAAATGCTATCATCGTCTCTAAACCAGCATTGGGCAGCTGTCTATATGAATTAGTCAAGTATACTTCTTTTTTTTACTTTGTTCAGAACAACTTCTCATTTTTTTCTACTCATAACTTTAGCATCACAAAATACGCAATAATAACGAGTAGTAACACTTTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCACAAACTTTAAAACACAGGGACAAAATTCTTGATATGCTTTCAACCGCTGCGTTTTGGATACCTATTCTTGACATGATATGACTACCATTTTGTTATTGTACGTGGGGCAGTTGACGTCTTATCATATGTCAAAGTTGCGAAGTTCTTGGCAAGTTGCCAACTGACGAGATGCAGTAACACTTTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCACAAACTTTAAAACACAGGGACAAAATTCTTGATATGCTTTCAACCGCTGCGTTTTGGATACCTATTCTTGACATGATATGACTACCATTTTGTTATTGTACGTGGGGCAGTTGACGTCTTATCATATGTCAAAGTCATTTGCGAAGTTCTTGGCAAGTTGCCAACTGACGAGATGCAGTTTCCTACGCATAATAAGAATAGGAGGGAATATCAAGCCAGACAATCTATCATTACATTTAAGCGGCTCTTCAAAAAGATTGAACTCTCGCCAACTTATGGAATCTTCCAATGAGACCTTTGCGCCAAATAATGTGGATTTGGAAAAAGAGTATAAGTCATCTCAGAGTAATATAACTACCGAAGTTTATGAGGCATCGAGCTTTGAAGAAAAAGTAAGCTCAGAAAAACCTCAATACAGCTCATTCTGGAAGAAAATCTATTATGAATATGTGGTCGTTGACAAATCAATCTTGGGTGTTTCTATTCTGGATTCATTTATGTACAACCAGGACTTGAAGCCCGTCGAAAAAGAAAGGCGGGTTTGGTCCTGGTACAATTATTGTTACTTCTGGCTTGCTGAATGTTTCAATATCAACACTTGGCAAATTGCAGCTACAGGTCTACAACTGGGTCTAAATTGGTGGCAGTGTTGGATAACAATTTGGATTGGGTACGGTTTCGTTGGTGCTTTTGTTGTTTTGGCCTCTAGAGTTGGATCTGCTTATCATTTGTCATTCCCTATATCATCTAGAGCATCATTCGGTATTTTCTTCTCTTTATGGCCCGTTATTAACAGAGTCGTCATGGCCATCGTTTGGTATAGTGTCCAAGCTTATATTGCGGCAACTCCCGTATCATTAATGCTGAAATCTATCTTTGGAAAAGATTTACAATGATTGTACGTGGGGCAGTTGACGTCTTATCATATGTCAAAGTCATTTGCGAAGTTCTTGGCAAGTTGCCAACTGACGAGATGCAGTAACACTTTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCACAAACTTTAAAACACAGGGACAAAATTCTTGATATGCTTTCAACCGCTGCGTTTTGGATACCTATTCTTGACATGATATGACTACCATTTTGTTATTGTTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATAAAGTTATATTGAATTTTCAAAAATTCTTACTTTTTTTTTGGATGGACGCAAAGAAGTTTAATAATCATATTACATGGCATTACCACCATATACATATCCATATCTAATCTTACTTATATGTTGTGGAAATGTAAAGAGCCCCATTATCTTAGCCTAAAAAAACCTTCTCTTTGGAACTTTCAGTAATACGCTTAACTGCTCATTGCTATATTGAAGTACGGATTAGAAGCCGCCGAGCGGGCGACAGCCCTCCGACGGAAGACTCTCCTCCGTGCGTCCTCGTCTTCACCGGTCGCGTTCCTGAAACGCAGATGTGCCTCGCGCCGCACTGCTCCGAACAATAAAGATTCTACAATACTAGCTTTTATGGTTATGAAGAGGAAAAATTGGCAGTAACCTGGCCCCACAAACCTTCAAATTAACGAATCAAATTAACAACCATAGGATGATAATGCGATTAGTTTTTTAGCCTTATTTCTGGGGTAATTAATCAGCGAAGCGATGATTTTTGATCTATTAACAGATATATAAATGGAAAAGCTGCATAACCACTTTAACTAATACTTTCAACATTTTCAGTTTGTATTACTTCTTATTCAAATGTCATAAAAGTATCAACAAAAAATTGTTAATATACCTCTATACTTTAACGTCAAGGAGAAAAAACTATAATGACTAAATCTCATTCAGAAGAAGTGATTGTACCTGAGTTCAATTCTAGCGCAAAGGAATTACCAAGACCATTGGCCGAAAAGTGCCCGAGCATAATTAAGAAATTTATAAGCGCTTATGATGCTAAACCGGATTTTGTTGCTAGATCGCCTGGTAGAGTCAATCTAATTGGTGAACATATTGATTATTGTGACTTCTCGGTTTTACCTTTAGCTATTGATTTTGATATGCTTTGCGCCGTCAAAGTTTTGAACGATGAGATTTCAAGTCTTAAAGCTATATCAGAGGGCTAAGCATGTGTATTCTGAATCTTTAAGAGTCTTGAAGGCTGTGAAATTAATGACTACAGCGAGCTTTACTGCCGACGAAGACTTTTTCAAGCAATTTGGTGCCTTGATGAACGAGTCTCAAGCTTCTTGCGATAAACTTTACGAATGTTCTTGTCCAGAGATTGACAAAATTTGTTCCATTGCTTTGTCAAATGGATCATATGGTTCCCGTTTGACCGGAGCTGGCTGGGGTGGTTGTACTGTTCACTTGGTTCCAGGGGGCCCAAATGGCAACATAGAAAAGGTAAAAGAAGCCCTTGCCAATGAGTTCTACAAGGTCAAGTACCCTAAGATCACTGATGCTGAGCTAGAAAATGCTATCATCGTCTCTAAACCAGCATTGGGCAGCTGTC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Genome Evolution http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

11. One Cell, One Genome, One Replication Every cell holds a copy of all its DNA = its genome. The human body is made of ~1013 cells. All originate from a single cell through repeated cell divisions. egg DNA strings = Chromosomes egg cell cell division genome = all DNA chicken egg chicken ≈ 1013 copies(DNA) of egg (DNA) http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

12. Every Genome is Different DNA Replication is imperfect – between individuals of the same species, even between the cells of an individual. junk functional ...ACGTACGACTGACTAGCATCGACTACGA... chicken TT CAT egg ...ACGTACGACTGACTAGCATCGACTACGA... many changes are not tolerated “anything goes” chicken This has bad implications – disease, and good implications – evolution. http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

13. Mutation Rate per bp • 10-9 per base pair per cell division • This refers to mutations that are not repaired • Thus, there are at least six new mutations in each kid that were not present in either parent • Mutations range from the smallest possible (single base pair change) to the largest – whole genome duplication. • Selection does not tolerate all of these mutation, but it sure does tolerate some. chicken egg chicken

14. Drift, Negative & Positive Selection Time Negative Selection Neutral Drift Positive Selection http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

15. TTATATTGAATTTTCAAAAATTCTTACTTTTTTTTTGGATGGACGCAAAGAAGTTTAATAATCATATTACATGGCATTACCACCATATACATATCCATATCTAATCTTACTTATATGTTGTGGAAATGTAAAGAGCCCCATTATCTTAGCCTAAAAAAACCTTCTCTTTGGAACTTTCAGTAATACGCTTAACTGCTCATTGCTATATTGAAGTACGGATTAGAAGCCGCCGAGCGGGCGACAGCCCTCCGACGGAAGACTCTCCTCCGTGCGTCCTCGTCTTCACCGGTCGCGTTCCTGAAACGCAGATGTGCCTCGCGCCGCACTGCTCCGAACAATAAAGATTCTACAATACTAGCTTTTATGGTTATGAAGAGGAAAAATTGGCAGTAACCTGGCCCCACAAACCTTCAAATTAACGAATCAAATTAACAACCATAGGATGATAATGCGATTAGTTTTTTAGCCTTATTTCTGGGGTAATTAATCAGCGAAGCGATGATTTTTGATCTATTAACAGATATATAAATGGAAAAGCTGCATAACCACTTTAACTAATACTTTCAACATTTTCAGTTTGTATTACTTCTTATTCAAATGTCATAAAAGTATCAACAAAAAATTGTTAATATACCTCTATACTTTAACGTCAAGGAGAAAAAACTATAATGACTAAATCTCATTCAGAAGAAGTGATTGTACCTGAGTTCAATTCTAGCGCAAAGGAATTACCAAGACCATTGGCCGAAAAGTGCCCGAGCATAATTAAGAAATTTATAAGCGCTTATGATGCTAAACCGGATTTTGTTGCTAGATCGCCTGGTAGAGTCAATCTAATTGGTGAACATATTGATTATTGTGACTTCTCGGTTTTACCTTTAGCTATTGATTTTGATATGCTTTGCGCCGTCAAAGTTTTGAACGATGAGATTTCAAGTCTTAAAGCTATATCAGAGGGCTAAGCATGTGTATTCTGAATCTTTAAGAGTCTTGAAGGCTGTGAAATTAATGACTACAGCGAGCTTTACTGCCGACGAAGACTTTTTCAAGCAATTTGGTGCCTTGATGAACGAGTCTCAAGCTTCTTGCGATAAACTTTACGAATGTTCTTGTCCAGAGATTGACAAAATTTGTTCCATTGCTTTGTCAAATGGATCATATGGTTCCCGTTTGACCGGAGCTGGCTGGGGTGGTTGTACTGTTCACTTGGTTCCAGGGGGCCCAAATGGCAACATAGAAAAGGTAAAAGAAGCCCTTGCCAATGAGTTCTACAAGGTCAAGTACCCTAAGATCACTGATGCTGAGCTAGAAAATGCTATCATCGTCTCTAAACCAGCATTGGGCAGCTGTCTATATGAATTAGTCAAGTATACTTCTTTTTTTTACTTTGTTCAGAACAACTTCTCATTTTTTTCTACTCATAACTTTAGCATCACAAAATACGCAATAATAACGAGTAGTAACACTTTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCACAAACTTTAAAACACAGGGACAAAATTCTTGATATGCTTTCAACCGCTGCGTTTTGGATACCTATTCTTGACATGATATGACTACCATTTTGTTATTGTACGTGGGGCAGTTGACGTCTTATCATATGTCAAAGTTGCGAAGTTCTTGGCAAGTTGCCAACTGACGAGATGCAGTAACACTTTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCACAAACTTTAAAACACAGGGACAAAATTCTTGATATGCTTTCAACCGCTGCGTTTTGGATACCTATTCTTGACATGATATGACTACCATTTTGTTATTGTACGTGGGGCAGTTGACGTCTTATCATATGTCAAAGTCATTTGCGAAGTTCTTGGCAAGTTGCCAACTGACGAGATGCAGTTTCCTACGCATAATAAGAATAGGAGGGAATATCAAGCCAGACAATCTATCATTACATTTAAGCGGCTCTTCAAAAAGATTGAACTCTCGCCAACTTATGGAATCTTCCAATGAGACCTTTGCGCCAAATAATGTGGATTTGGAAAAAGAGTATAAGTCATCTCAGAGTAATATAACTACCGAAGTTTATGAGGCATCGAGCTTTGAAGAAAAAGTAAGCTCAGAAAAACCTCAATACAGCTCATTCTGGAAGAAAATCTATTATGAATATGTGGTCGTTGACAAATCAATCTTGGGTGTTTCTATTCTGGATTCATTTATGTACAACCAGGACTTGAAGCCCGTCGAAAAAGAAAGGCGGGTTTGGTCCTGGTACAATTATTGTTACTTCTGGCTTGCTGAATGTTTCAATATCAACACTTGGCAAATTGCAGCTACAGGTCTACAACTGGGTCTAAATTGGTGGCAGTGTTGGATAACAATTTGGATTGGGTACGGTTTCGTTGGTGCTTTTGTTGTTTTGGCCTCTAGAGTTGGATCTGCTTATCATTTGTCATTCCCTATATCATCTAGAGCATCATTCGGTATTTTCTTCTCTTTATGGCCCGTTATTAACAGAGTCGTCATGGCCATCGTTTGGTATAGTGTCCAAGCTTATATTGCGGCAACTCCCGTATCATTAATGCTGAAATCTATCTTTGGAAAAGATTTACAATGATTGTACGTGGGGCAGTTGACGTCTTATCATATGTCAAAGTCATTTGCGAAGTTCTTGGCAAGTTGCCAACTGACGAGATGCAGTAACACTTTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCACAAACTTTAAAACACAGGGACAAAATTCTTGATATGCTTTCAACCGCTGCGTTTTGGATACCTATTCTTGACATGATATGACTACCATTTTGTTATTGTTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATGTTTTCAATGTAAGAGATTTCGATTATCTTATAGTTCATACATGCTTCAACTACTTAATAAATGATTGTATGATAATAAAGTTATATTGAATTTTCAAAAATTCTTACTTTTTTTTTGGATGGACGCAAAGAAGTTTAATAATCATATTACATGGCATTACCACCATATACATATCCATATCTAATCTTACTTATATGTTGTGGAAATGTAAAGAGCCCCATTATCTTAGCCTAAAAAAACCTTCTCTTTGGAACTTTCAGTAATACGCTTAACTGCTCATTGCTATATTGAAGTACGGATTAGAAGCCGCCGAGCGGGCGACAGCCCTCCGACGGAAGACTCTCCTCCGTGCGTCCTCGTCTTCACCGGTCGCGTTCCTGAAACGCAGATGTGCCTCGCGCCGCACTGCTCCGAACAATAAAGATTCTACAATACTAGCTTTTATGGTTATGAAGAGGAAAAATTGGCAGTAACCTGGCCCCACAAACCTTCAAATTAACGAATCAAATTAACAACCATAGGATGATAATGCGATTAGTTTTTTAGCCTTATTTCTGGGGTAATTAATCAGCGAAGCGATGATTTTTGATCTATTAACAGATATATAAATGGAAAAGCTGCATAACCACTTTAACTAATACTTTCAACATTTTCAGTTTGTATTACTTCTTATTCAAATGTCATAAAAGTATCAACAAAAAATTGTTAATATACCTCTATACTTTAACGTCAAGGAGAAAAAACTATAATGACTAAATCTCATTCAGAAGAAGTGATTGTACCTGAGTTCAATTCTAGCGCAAAGGAATTACCAAGACCATTGGCCGAAAAGTGCCCGAGCATAATTAAGAAATTTATAAGCGCTTATGATGCTAAACCGGATTTTGTTGCTAGATCGCCTGGTAGAGTCAATCTAATTGGTGAACATATTGATTATTGTGACTTCTCGGTTTTACCTTTAGCTATTGATTTTGATATGCTTTGCGCCGTCAAAGTTTTGAACGATGAGATTTCAAGTCTTAAAGCTATATCAGAGGGCTAAGCATGTGTATTCTGAATCTTTAAGAGTCTTGAAGGCTGTGAAATTAATGACTACAGCGAGCTTTACTGCCGACGAAGACTTTTTCAAGCAATTTGGTGCCTTGATGAACGAGTCTCAAGCTTCTTGCGATAAACTTTACGAATGTTCTTGTCCAGAGATTGACAAAATTTGTTCCATTGCTTTGTCAAATGGATCATATGGTTCCCGTTTGACCGGAGCTGGCTGGGGTGGTTGTACTGTTCACTTGGTTCCAGGGGGCCCAAATGGCAACATAGAAAAGGTAAAAGAAGCCCTTGCCAATGAGTTCTACAAGGTCAAGTACCCTAAGATCACTGATGCTGAGCTAGAAAATGCTATCATCGTCTCTAAACCAGCATTGGGCAGCTGTC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Genome Content http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

16. Why this cartoon? http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

17. Sequences that repeat many times in the genome • Take up cumulatively a whooping half of the genome • Come in two major, very different, flavors I II http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

18. [Adapted from Lunter] http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

19. http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

20. DNA Transposons http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

21. Repeats (anything really) and Genome Transmission For copies of repeats to accumulate through the generations they must make it into the germline cells (eggs & sperms). Equally true for any genomic mutation. egg DNA strings = Chromosomes egg cell cell division genome = all DNA chicken egg chicken ≈ 1013 copies(DNA) of egg (DNA) http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

22. LINE & SINE Elements http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

23. Retrovirus-like Elements http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

24. Repeat Abundance http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

25. TE composition and assortment vary among eukaryotic genomes 100% 80% 60% DNA transposons LTR Retro. 40% Non-LTR Retro. 20% Rice Fugu Mouse Human Mosquito Nematode Slime mold Drosophila Neurospora Arabidopsis Fission yeast Budding yeast http://cs273a.stanford.edu [Bejerano Fall09/10] Feschotte & Pritham 2006

26. Repeat Ages http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

27. INTERSPECIES VARIATION IN GENOME SIZE WITHIN VARIOUS GROUPS OF ORGANISMS Figure from Ryan Gregory (2005)

28. The amount of TE correlate positively with genome size Mb Genomic DNA 3000 2500 TE DNA 2000 Protein-coding DNA 1500 1000 500 0 Rice Mosquito Maize Slime mold Brassica Plasmodium Sea squirt Neurospora Arabidopsis Fugu Drosophila Nematode Zebrafish Mouse Fission yeast Budding yeast Human http://cs273a.stanford.edu [Bejerano Fall09/10] Feschotte & Pritham 2006

29. The proportion of protein-coding genes decreases with genome size, while the proportion of TEs increases with genome size TEs Protein-coding genes Gregory, Nat Rev Genet 2005

30. Genome Size Variability 1pg = 978 Mb http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

31. http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

32. http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

33. Repeat Insertions Can Break Things http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

34. Repeat Insertions Can Become Functional http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

35. Regulatory elements from obile Elements Co-option event, probably due to favorable genomic context [Yass is a small town in New South Wales, Australia.] [Bejerano et al., Nature 2006] http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

36. Britten & Davidson Hypothesis: Repeat to Rewire! Enhancer structure reminder http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

37. The Road to Co-Option Random Mutations PotentialCo-Option States Neutral decay Transposition Event http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

38. Inferring Phylogeny Using Repeats [Nishihara et al, 2006] http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

39. Assemby Challenges http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

40. Transposons as Genetics Engineering Tools Gene Therapy http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]

41. http://cs173.stanford.edu [BejeranoWinter12/13]