Whole-genome sequencing is used to identify genetic alterations in patients with severe intellectual disability for whom all other tests, including array and exome sequencing, returned negative results; de novo single-nucleotide and copy number variations affecting the coding region seem to be a major cause of this disorder. Intellectual disability has been shown to be linked to genetic variation but the majority of cases remain undiagnosed. This paper demonstrates the use of whole-genome sequencing to identify genetic alterations in patients with severe intellectual disability for whom all other tests, including array and exome sequencing, had returned negative results. Whole-genome sequencing of 50 patients with severe intellectual disability — and with no family history of the condition — resulted in a conclusive genetic diagnosis in 21 patients. The results suggest that de novo copy number variations and single-nucleotide variations affecting the coding region are a major cause of severe intellectual disability. Severe intellectual disability (ID) occurs in 0.5% of newborns and is thought to be largely genetic in origin1,2. The extensive genetic heterogeneity of this disorder requires a genome-wide detection of all types of genetic variation. Microarray studies and, more recently, exome sequencing have demonstrated the importance of de novo copy number variations (CNVs) and single-nucleotide variations (SNVs) in ID, but the majority of cases remain undiagnosed3,4,5,6. Here we applied whole-genome sequencing to 50 patients with severe ID and their unaffected parents. All patients included had not received a molecular diagnosis after extensive genetic prescreening, including microarray-based CNV studies and exome sequencing. Notwithstanding this prescreening, 84 de novo SNVs affecting the coding region were identified, which showed a statistically significant enrichment of loss-of-function mutations as well as an enrichment for genes previously implicated in ID-related disorders. In addition, we identified eight de novo CNVs, including single-exon and intra-exonic deletions, as well as interchromosomal duplications. These CNVs affected known ID genes more frequently than expected. On the basis of diagnostic interpretation of all de novo variants, a conclusive genetic diagnosis was reached in 20 patients. Together with one compound heterozygous CNV causing disease in a recessive mode, this results in a diagnostic yield of 42% in this extensively studied cohort, and 62% as a cumulative estimate in an unselected cohort. These results suggest that de novo SNVs and CNVs affecting the coding region are a major cause of severe ID. Genome sequencing can be applied as a single genetic test to reliably identify and characterize the comprehensive spectrum of genetic variation, providing a genetic diagnosis in the majority of patients with severe ID.

Abstract New technologies and analysis methods are enabling genomic structural variants (SVs) to be detected with ever-increasing accuracy, resolution, and comprehensiveness. Translating these methods to routine research and clinical practice requires robust benchmark sets. We developed the first benchmark set for identification of both false negative and false positive germline SVs, which complements recent efforts emphasizing increasingly comprehensive characterization of SVs. To create this benchmark for a broadly consented son in a Personal Genome Project trio with broadly available cells and DNA, the Genome in a Bottle (GIAB) Consortium integrated 19 sequence-resolved variant calling methods, both alignment- and de novo assembly-based, from short-, linked-, and long-read sequencing, as well as optical and electronic mapping. The final benchmark set contains 12745 isolated, sequence-resolved insertion and deletion calls ≥50 base pairs (bp) discovered by at least 2 technologies or 5 callsets, genotyped as heterozygous or homozygous variants by long reads. The Tier 1 benchmark regions, for which any extra calls are putative false positives, cover 2.66 Gbp and 9641 SVs supported by at least one diploid assembly. Support for SVs was assessed using svviz with short-, linked-, and long-read sequence data. In general, there was strong support from multiple technologies for the benchmark SVs, with 90 % of the Tier 1 SVs having support in reads from more than one technology. The Mendelian genotype error rate was 0.3 %, and genotype concordance with manual curation was >98.7 %. We demonstrate the utility of the benchmark set by showing it reliably identifies both false negatives and false positives in high-quality SV callsets from short-, linked-, and long-read sequencing and optical mapping.

We present high quality, phased genome assemblies representative of taurine and indicine cattle, subspecies that differ markedly in productivity-related traits and environmental adaptation. We report a new haplotype-aware scaffolding and polishing pipeline using contigs generated by the trio binning method to produce haplotype-resolved, chromosome-level genome assemblies of Angus (taurine) and Brahman (indicine) cattle breeds. These assemblies were used to identify structural and copy number variants that differentiate the subspecies and we found variant detection was sensitive to the specific reference genome chosen. Six gene families with immune related functions are expanded in the indicine lineage. Assembly of the genomes of both subspecies from a single individual enabled transcripts to be phased to detect allele-specific expression, and to study genome-wide selective sweeps. An indicus-specific extra copy of fatty acid desaturase is under positive selection and may contribute to indicine adaptation to heat and drought.

Abstract Sheep have naturally pigmented wool which interferes with dyeing. Selection has been carried out over many years to remove pigment, with substantial success, but most wool still contains some pigment. As an alternative to selection, it has been proposed to take a naturally occurring mutation found in black Suffolk sheep, that blocks wool pigmentation, and introgress it into other breeds. However, the nature of the mutation has not been identified, prompting us to characterise it. The Suffolk white‐fleece phenotype is associated with a novel 3‐bp deletion in the gene SLC45A2 , which encodes a membrane bound transporter that mediates melanin synthesis. The deletion results in the removal of one amino acid from the protein. The assignment of this deletion as the likely causative mutation is supported by it: being homozygous in the genome of nine animals with a white fleece and not homozygous in the genomes of eight animals with a black fleece; having a high level of conservation of the encoded amino acid sequence in the region surrounding the deleted amino acid across Mammalia; and the same deletion (but in a compound heterozygous state) being found in human SLC45A2 in a person with albinism.