We present a high-quality genome sequence of a Neanderthal woman from Siberia. We show that her parents were related at the level of half-siblings and that mating among close relatives was common among her recent ancestors. We also sequenced the genome of a Neanderthal from the Caucasus to low coverage. An analysis of the relationships and population history of available archaic genomes and 25 present-day human genomes shows that several gene flow events occurred among Neanderthals, Denisovans and early modern humans, possibly including gene flow into Denisovans from an unknown archaic group. Thus, interbreeding, albeit of low magnitude, occurred among many hominin groups in the Late Pleistocene. In addition, the high-quality Neanderthal genome allows us to establish a definitive list of substitutions that became fixed in modern humans after their separation from the ancestors of Neanderthals and Denisovans. A complete genome sequence is presented of a female Neanderthal from Siberia, providing information about interbreeding between close relatives and uncovering gene flow events among Neanderthals, Denisovans and early modern humans, as well as establishing substitutions that became fixed in modern humans after their separation from the ancestors of Neanderthals and Denisovans. Recent excavations in the Denisova Cave in the Altai Mountains of southern Siberia have yielded a wealth of hominin fossils from a site that has been occupied for perhaps 250,000 years or more. Now a high-quality genome sequence has been determined from a circa 50,000-year-old toe bone — a proximal toe phalanx — excavated from the east gallery of Denisova Cave in 2010. The sequence is that of a Neanderthal woman whose parents were closely related — perhaps half-siblings or uncle and niece. Such inbreeding was also common among her recent ancestors. Comparisons with other archaic and present-day human genomes reveal several gene-flow events among Neanderthals, the closely related Denisovans and early modern humans, possibly including gene flow into Denisovans from an unknown archaic group. The high-quality Neanderthal genome also helps to establish a definitive list of substitutions that became fixed in modern humans after their separation from the ancestors of Neanderthals and Denisovans.

Ancient Genomics The Denisovans were archaic humans closely related to Neandertals, whose populations overlapped with the ancestors of modern-day humans. Using a single-stranded library preparation method, Meyer et al. (p. 222 , published online 30 August) provide a detailed analysis of a high-quality Denisovan genome. The genomic sequence provides evidence for very low rates of heterozygosity in the Denisova, probably not because of recent inbreeding, but instead because of a small population size. The genome sequence also illuminates the relationships between humans and archaics, including Neandertals, and establishes a catalog of genetic changes within the human lineage.

Here we report the Simons Genome Diversity Project data set: high quality genomes from 300 individuals from 142 diverse populations. These genomes include at least 5.8 million base pairs that are not present in the human reference genome. Our analysis reveals key features of the landscape of human genome variation, including that the rate of accumulation of mutations has accelerated by about 5% in non-Africans compared to Africans since divergence. We show that the ancestors of some pairs of present-day human populations were substantially separated by 100,000 years ago, well before the archaeologically attested onset of behavioural modernity. We also demonstrate that indigenous Australians, New Guineans and Andamanese do not derive substantial ancestry from an early dispersal of modern humans; instead, their modern human ancestry is consistent with coming from the same source as that of other non-Africans. Deep whole-genome sequencing of 300 individuals from 142 diverse populations provides insights into key population genetic parameters, shows that all modern human ancestry outside of Africa including in Australasians is consistent with descending from a single founding population, and suggests a higher rate of accumulation of mutations in non-Africans compared to Africans since divergence. Three international collaborations reporting in this issue of Nature describe 787 high-quality genomes from individuals from geographically diverse populations. David Reich and colleagues analysed whole-genome sequences of 300 individuals from 142 populations. Their findings include an accelerated estimated rate of accumulation of mutations in non-Africans compared to Africans since divergence, and that indigenous Australians, New Guineans and Andamanese do not derive substantial ancestry from an early dispersal of modern humans but from the same source as that of other non-Africans. Eske Willerlsev and colleagues obtained whole-genome data for 83 Aboriginal Australians and 25 Papuans from the New Guinea Highlands. They estimate that Aboriginal Australians and Papuans diverged from Eurasian populations 51,000–72,000 years ago, following a single out-of-Africa dispersal. Luca Pagani et al. report on a dataset of 483 high-coverage human genomes from 148 populations worldwide, including 379 new genomes from 125 populations. Their analyses support the model by which all non-African populations derive most of their genetic ancestry from a single recent migration out of Africa, although a Papuan contribution suggests a trace of an earlier human expansion.

The population history of Aboriginal Australians remains largely uncharacterized. Here we generate high-coverage genomes for 83 Aboriginal Australians (speakers of Pama–Nyungan languages) and 25 Papuans from the New Guinea Highlands. We find that Papuan and Aboriginal Australian ancestors diversified 25–40 thousand years ago (kya), suggesting pre-Holocene population structure in the ancient continent of Sahul (Australia, New Guinea and Tasmania). However, all of the studied Aboriginal Australians descend from a single founding population that differentiated ~10–32 kya. We infer a population expansion in northeast Australia during the Holocene epoch (past 10,000 years) associated with limited gene flow from this region to the rest of Australia, consistent with the spread of the Pama–Nyungan languages. We estimate that Aboriginal Australians and Papuans diverged from Eurasians 51–72 kya, following a single out-of-Africa dispersal, and subsequently admixed with archaic populations. Finally, we report evidence of selection in Aboriginal Australians potentially associated with living in the desert. Whole-genome sequence data for 108 individuals representing 28 language groups across Australia and five language groups for Papua New Guinea suggests that Aboriginal Australians and Papuans diverged from Eurasian populations approximately 60–100 thousand years ago, following a single out-of-Africa dispersal and subsequent admixture with archaic populations. Three international collaborations reporting in this issue of Nature describe 787 high-quality genomes from individuals from geographically diverse populations. David Reich and colleagues analysed whole-genome sequences of 300 individuals from 142 populations. Their findings include an accelerated estimated rate of accumulation of mutations in non-Africans compared to Africans since divergence, and that indigenous Australians, New Guineans and Andamanese do not derive substantial ancestry from an early dispersal of modern humans but from the same source as that of other non-Africans. Eske Willerlsev and colleagues obtained whole-genome data for 83 Aboriginal Australians and 25 Papuans from the New Guinea Highlands. They estimate that Aboriginal Australians and Papuans diverged from Eurasian populations 51,000–72,000 years ago, following a single out-of-Africa dispersal. Luca Pagani et al. report on a dataset of 483 high-coverage human genomes from 148 populations worldwide, including 379 new genomes from 125 populations. Their analyses support the model by which all non-African populations derive most of their genetic ancestry from a single recent migration out of Africa, although a Papuan contribution suggests a trace of an earlier human expansion.

Greenlanders' genomes signal a fatty diet The evolutionary consequences of inhabiting a challenging environment can be seen within the genomes of Greenland Inuit. Fumagalli et al. have found signs of selection for genetic variants in fat metabolism, not just for promoting heat-producing brown fat cells but also for coping with the large amounts of polyunsaturated fatty acids found in their seafood diet (see the Perspective by Tishkoff). Genes under selection in these populations have a strong effect on height and weight of up to 2 cm and 4 kg, respectively, as well as a protective effect on cholesterol and triglyceride levels. Science , this issue p. 1343 ; see also p. 1282

The human occupation history of Southeast Asia (SEA) remains heavily debated. Current evidence suggests that SEA was occupied by Hòabìnhian hunter-gatherers until ~4000 years ago, when farming economies developed and expanded, restricting foraging groups to remote habitats. Some argue that agricultural development was indigenous; others favor the "two-layer" hypothesis that posits a southward expansion of farmers giving rise to present-day Southeast Asian genetic diversity. By sequencing 26 ancient human genomes (25 from SEA, 1 Japanese Jōmon), we show that neither interpretation fits the complexity of Southeast Asian history: Both Hòabìnhian hunter-gatherers and East Asian farmers contributed to current Southeast Asian diversity, with further migrations affecting island SEA and Vietnam. Our results help resolve one of the long-standing controversies in Southeast Asian prehistory.

Several recent papers have reported strong signals of selection on European polygenic height scores. These analyses used height effect estimates from the GIANT consortium and replication studies. Here, we describe a new analysis based on the the UK Biobank (UKB), a large, independent dataset. We find that the signals of selection using UKB effect estimates are strongly attenuated or absent. We also provide evidence that previous analyses were confounded by population stratification. Therefore, the conclusion of strong polygenic adaptation now lacks support. Moreover, these discrepancies highlight (1) that methods for correcting for population stratification in GWAS may not always be sufficient for polygenic trait analyses, and (2) that claims of differences in polygenic scores between populations should be treated with caution until these issues are better understood.This article has been through an editorial process in which the authors decide how to respond to the issues raised during peer review. The Reviewing Editor's assessment is that all the issues have been addressed (see decision letter).

Understanding the physiology and genetics of human hypoxia tolerance has important medical implications, but this phenomenon has thus far only been investigated in high-altitude human populations. Another system, yet to be explored, is humans who engage in breath-hold diving. The indigenous Bajau people (“Sea Nomads”) of Southeast Asia live a subsistence lifestyle based on breath-hold diving and are renowned for their extraordinary breath-holding abilities. However, it is unknown whether this has a genetic basis. Using a comparative genomic study, we show that natural selection on genetic variants in the PDE10A gene have increased spleen size in the Bajau, providing them with a larger reservoir of oxygenated red blood cells. We also find evidence of strong selection specific to the Bajau on BDKRB2, a gene affecting the human diving reflex. Thus, the Bajau, and possibly other diving populations, provide a new opportunity to study human adaptation to hypoxia tolerance.Video AbstracteyJraWQiOiI4ZjUxYWNhY2IzYjhiNjNlNzFlYmIzYWFmYTU5NmZmYyIsImFsZyI6IlJTMjU2In0.eyJzdWIiOiIyMzViYjE0NjQxOTY0N2U4NDk2MjNlYjMzODIzYjdlMSIsImtpZCI6IjhmNTFhY2FjYjNiOGI2M2U3MWViYjNhYWZhNTk2ZmZjIiwiZXhwIjoxNjc3OTI5NTI2fQ.COruHCSlkRjhWaL7fUJo-ByuBlq3nvqiyzsmKFelC3ckyDD_RCWpj5rHIf7jKK1wCxxaoSqoMNt6W-H7ugohjuhkpn6r_rEHtggnua8c_aOm2_lDr1pcFLcAf6x78Sy4SlL-u1nQSjV1wqHI32R6TL5mJ-XzaAQ6C5Z7yKpGsHvUem-qfNUmZ69mBMMNdD6fFEW-3AII6m7NxyGaKgmBnFKCQtsrNCTVoXPipDyJ_DP9i6PN0eycj5FBVNjZ8Wi3eddCIXgazC8K2BEtndkk0z1Jhvk7o4e5kkwhaV0FzmPj3myrCWFa31i9VU3brnWdsiYJrExwaeGExP3q2wXxwg(mp4, (9.88 MB) Download video

Summary Western Eurasia witnessed several large-scale human migrations during the Holocene 1–5 . To investigate the cross-continental impacts we shotgun-sequenced 317 primarily Mesolithic and Neolithic genomes from across Northern and Western Eurasia. These were imputed alongside published data to obtain diploid genotypes from >1,600 ancient humans. Our analyses revealed a ‘Great Divide’ genomic boundary extending from the Black Sea to the Baltic. Mesolithic hunter-gatherers (HGs) were highly genetically differentiated east and west of this zone, and the impact of the neolithisation was equally disparate. Large-scale ancestry shifts occurred in the west as farming was introduced, including near-total replacements of HGs in many areas, whereas no substantial ancestry shifts happened east of the zone during the same period. Similarly, relatedness decreased in the west from the Neolithic transition onwards, while east of the Urals relatedness remained high until ∼4,000 BP, consistent with persistence of localised HG groups. The boundary dissolved when Yamnaya-related ancestry spread across western Eurasia around 5,000 BP resulting in a second major turnover that reached most parts of Europe within a 1,000-year span. The genetic origin and fate of the Yamnaya have remained elusive but we demonstrate that HGs from the Middle Don region contributed ancestry to them. Yamnaya-groups later admixed with individuals associated with the Globular Amphora Culture before expanding into Europe. Similar turnovers occurred in western Siberia, where we report new genomic data from a ‘Neolithic steppe’ cline spanning the Siberian forest steppe to Lake Baikal. These prehistoric migrations had profound and lasting effects on the genetic diversity of Eurasian populations.

Summary The Eurasian Holocene (beginning c. 12 thousand years ago) encompassed some of the most significant changes in human evolution, with far-reaching consequences for the dietary, physical and mental health of present-day populations. Using an imputed dataset of >1600 complete ancient genome sequences, and new computational methods for locating selection in time and space, we reconstructed the selection landscape of the transition from hunting and gathering, to farming and pastoralism across West Eurasia. We identify major selection signals related to metabolism, possibly associated with the dietary shift occurring in this period. We show that the selection on loci such as the FADS cluster, associated with fatty acid metabolism, and the lactase persistence locus, began earlier than previously thought. A substantial amount of selection is also found in the HLA region and other loci associated with immunity, possibly due to the increased exposure to pathogens during the Neolithic, which may explain the current high prevalence of auto-immune disease, such as psoriasis, due to genetic trade-offs. By using ancient populations to infer local ancestry tracks in hundreds of thousands of samples from the UK Biobank, we find strong genetic differentiation among ancient Europeans in loci associated with anthropometric traits and susceptibility to several diseases that contribute to present-day disease burden. These were previously thought to be caused by local selection, but in fact can be attributed to differential genetic contributions from various source populations that are ancestral to present-day Europeans. Thus, alleles associated with increased height seem to have increased in frequency following the Yamnaya migration into northwestern Europe around 5,000 years ago. Alleles associated with increased risk of some mood-related phenotypes are overrepresented in the farmer ancestry component entering Europe from Anatolia around 11,000 years ago, while western hunter-gatherers show a strikingly high contribution of alleles conferring risk of traits related to diabetes. Our results paint a picture of the combined contributions of migration and selection in shaping the phenotypic landscape of present-day Europeans that suggests a combination of ancient selection and migration, rather than recent local selection, is the primary driver of present-day phenotypic differences in Europe.