Neandertals, the closest evolutionary relatives of present-day humans, lived in large parts of Europe and western Asia before disappearing 30,000 years ago. We present a draft sequence of the Neandertal genome composed of more than 4 billion nucleotides from three individuals. Comparisons of the Neandertal genome to the genomes of five present-day humans from different parts of the world identify a number of genomic regions that may have been affected by positive selection in ancestral modern humans, including genes involved in metabolism and in cognitive and skeletal development. We show that Neandertals shared more genetic variants with present-day humans in Eurasia than with present-day humans in sub-Saharan Africa, suggesting that gene flow from Neandertals into the ancestors of non-Africans occurred before the divergence of Eurasian groups from each other.

Structural variants are implicated in numerous diseases and make up the majority of varying nucleotides among human genomes. Here we describe an integrated set of eight structural variant classes comprising both balanced and unbalanced variants, which we constructed using short-read DNA sequencing data and statistically phased onto haplotype blocks in 26 human populations. Analysing this set, we identify numerous gene-intersecting structural variants exhibiting population stratification and describe naturally occurring homozygous gene knockouts that suggest the dispensability of a variety of human genes. We demonstrate that structural variants are enriched on haplotypes identified by genome-wide association studies and exhibit enrichment for expression quantitative trait loci. Additionally, we uncover appreciable levels of structural variant complexity at different scales, including genic loci subject to clusters of repeated rearrangement and complex structural variants with multiple breakpoints likely to have formed through individual mutational events. Our catalogue will enhance future studies into structural variant demography, functional impact and disease association. The Structural Variation Analysis Group of The 1000 Genomes Project reports an integrated structural variation map based on discovery and genotyping of eight major structural variation classes in 2,504 unrelated individuals from across 26 populations; structural variation is compared within and between populations and its functional impact is quantified. The Structural Variation Analysis Group of The 1000 Genomes Project reports an integrated structural variation map based on discovery and genotyping of eight major structural variation classes in genomes for 2,504 unrelated individuals from across 26 populations. They characterize structural variation within and between populations and quantify its functional effect. The authors further create a phased reference panel that will be valuable for population genetic and disease association studies.

We present a DNA library preparation method that has allowed us to reconstruct a high-coverage (30×) genome sequence of a Denisovan, an extinct relative of Neandertals. The quality of this genome allows a direct estimation of Denisovan heterozygosity indicating that genetic diversity in these archaic hominins was extremely low. It also allows tentative dating of the specimen on the basis of "missing evolution" in its genome, detailed measurements of Denisovan and Neandertal admixture into present-day human populations, and the generation of a near-complete catalog of genetic changes that swept to high frequency in modern humans since their divergence from Denisovans.

Using DNA extracted from a finger bone found in Denisova Cave in southern Siberia, we have sequenced the genome of an archaic hominin to about 1.9-fold coverage. This individual is from a group that shares a common origin with Neanderthals. This population was not involved in the putative gene flow from Neanderthals into Eurasians; however, the data suggest that it contributed 4–6% of its genetic material to the genomes of present-day Melanesians. We designate this hominin population ‘Denisovans’ and suggest that it may have been widespread in Asia during the Late Pleistocene epoch. A tooth found in Denisova Cave carries a mitochondrial genome highly similar to that of the finger bone. This tooth shares no derived morphological features with Neanderthals or modern humans, further indicating that Denisovans have an evolutionary history distinct from Neanderthals and modern humans. Anatomically modern humans were in Africa from some point after 200,000 years ago and reached Eurasia rather later. Meanwhile, archaic hominins — including the Neanderthals — had been in Eurasia from at least 230,000 years ago and disappear from the fossil record only about 30,000 years ago. The genome of a female archaic hominin from Denisova Cave in southern Siberia has now been sequenced from DNA extracted from a finger bone. The group to which this 'Denisovan' individual belonged shares a common origin with Neanderthals and, although it was not involved in the putative gene flow from Neanderthals into Eurasians, it contributed 4–6% of the genomes of present-day Melanesians. In addition, the morphology of a tooth with a mitochondrial genome very similar to that of the finger bone suggests that these hominins are evolutionarily distinct from both Neanderthals and modern humans. Using DNA from a finger bone, the genome of an archaic hominin from southern Siberia has been sequenced to about 1.9-fold coverage. The group to which this individual belonged shares a common origin with Neanderthals, and although it was not involved in the putative gene flow from Neanderthals into Eurasians, it contributed 4–6% of its genetic material to the genomes of present-day Melanesians. A tooth whose mitochondrial genome is very similar to that of the finger bone further suggests that these hominins are evolutionarily distinct from Neanderthals and modern humans.

Genetic variation among individual humans occurs on many different scales, ranging from gross alterations in the human karyotype to single nucleotide changes. Here we explore variation on an intermediate scale—particularly insertions, deletions and inversions affecting from a few thousand to a few million base pairs. We employed a clone-based method to interrogate this intermediate structural variation in eight individuals of diverse geographic ancestry. Our analysis provides a comprehensive overview of the normal pattern of structural variation present in these genomes, refining the location of 1,695 structural variants. We find that 50% were seen in more than one individual and that nearly half lay outside regions of the genome previously described as structurally variant. We discover 525 new insertion sequences that are not present in the human reference genome and show that many of these are variable in copy number between individuals. Complete sequencing of 261 structural variants reveals considerable locus complexity and provides insights into the different mutational processes that have shaped the human genome. These data provide the first high-resolution sequence map of human structural variation—a standard for genotyping platforms and a prelude to future individual genome sequencing projects. Clone-based sequencing of the genomes of eight unrelated individuals — four African and four non-African — has been used to build a picture of human genetic variation. The study concentrated on intermediate-scale variations a few thousand to a few million base pairs long. The results confirm the finding that African genomes are more diverse than other groups, and suggest that previous estimates of the incidence of 'copy-number variant' base pairs have been too high. The data suggest that, despite recent evidence to the contrary, non-allelic homologous recombination is the dominant process in promoting structural variation in the genome. Studies of this type provide benchmarks for the many genome sequences that will be generated by next-generation technologies. This paper examines eight individual genomes using a clone-based sequencing approach, for structural variants of 8,000 nucleotides or more. One of the first high-quality inversion maps for the human genome is generated, and it is demonstrated that previous estimates of variation of this sort have been too high.

Genomic structural variants (SVs) are abundant in humans, differing from other forms of variation in extent, origin and functional impact. Despite progress in SV characterization, the nucleotide resolution architecture of most SVs remains unknown. We constructed a map of unbalanced SVs (that is, copy number variants) based on whole genome DNA sequencing data from 185 human genomes, integrating evidence from complementary SV discovery approaches with extensive experimental validations. Our map encompassed 22,025 deletions and 6,000 additional SVs, including insertions and tandem duplications. Most SVs (53%) were mapped to nucleotide resolution, which facilitated analysing their origin and functional impact. We examined numerous whole and partial gene deletions with a genotyping approach and observed a depletion of gene disruptions amongst high frequency deletions. Furthermore, we observed differences in the size spectra of SVs originating from distinct formation mechanisms, and constructed a map of SV hotspots formed by common mechanisms. Our analytical framework and SV map serves as a resource for sequencing-based association studies. Copy number variations (or CNVs) are large-scale deletions, duplications and insertions that contribute significantly to genetic variation in the human genome, and many CNVs are linked to susceptibility to disease. A high-resolution map of CNVs has now been produced by harnessing information from whole-genome sequencing in 185 individuals. Nucleotide resolution of the map facilitates analysis of structural variant distribution and identification of the mechanisms of their origin. The study provides a resource for sequence-based association studies. Harnessing information from whole genome sequencing in 185 individuals, this study generates a high-resolution map of copy number variants. Nucleotide resolution of the map facilitates analysis of structural variant distribution and identification of the mechanisms of their origin. The study provides a resource for sequence-based association studies.

High-coverage sequencing of 79 (wild and captive) individuals representing all six non-human great ape species has identified over 88 million single nucleotide polymorphisms providing insight into ape genetic variation and evolutionary history and enabling comparison with human genetic diversity. In an effort to provide insights into great ape genetic variation, the authors sequence 79 wild- and captive-born individuals from across all six great ape species and seven subspecies. Their data and analyses shed light on population structure and gene flow, inbreeding, inferred dynamics of effective population sizes and the differences in the rate of gene loss among the great apes. This new catalogue of great ape genome diversity provides a valuable resource for evolutionary and conservation studies. Most great ape genetic variation remains uncharacterized1,2; however, its study is critical for understanding population history3,4,5,6, recombination7, selection8 and susceptibility to disease9,10. Here we sequence to high coverage a total of 79 wild- and captive-born individuals representing all six great ape species and seven subspecies and report 88.8 million single nucleotide polymorphisms. Our analysis provides support for genetically distinct populations within each species, signals of gene flow, and the split of common chimpanzees into two distinct groups: Nigeria–Cameroon/western and central/eastern populations. We find extensive inbreeding in almost all wild populations, with eastern gorillas being the most extreme. Inferred effective population sizes have varied radically over time in different lineages and this appears to have a profound effect on the genetic diversity at, or close to, genes in almost all species. We discover and assign 1,982 loss-of-function variants throughout the human and great ape lineages, determining that the rate of gene loss has not been different in the human branch compared to other internal branches in the great ape phylogeny. This comprehensive catalogue of great ape genome diversity provides a framework for understanding evolution and a resource for more effective management of wild and captive great ape populations.

Gorillas are humans’ closest living relatives after chimpanzees, and are of comparable importance for the study of human origins and evolution. Here we present the assembly and analysis of a genome sequence for the western lowland gorilla, and compare the whole genomes of all extant great ape genera. We propose a synthesis of genetic and fossil evidence consistent with placing the human–chimpanzee and human–chimpanzee–gorilla speciation events at approximately 6 and 10 million years ago. In 30% of the genome, gorilla is closer to human or chimpanzee than the latter are to each other; this is rarer around coding genes, indicating pervasive selection throughout great ape evolution, and has functional consequences in gene expression. A comparison of protein coding genes reveals approximately 500 genes showing accelerated evolution on each of the gorilla, human and chimpanzee lineages, and evidence for parallel acceleration, particularly of genes involved in hearing. We also compare the western and eastern gorilla species, estimating an average sequence divergence time 1.75 million years ago, but with evidence for more recent genetic exchange and a population bottleneck in the eastern species. The use of the genome sequence in these and future analyses will promote a deeper understanding of great ape biology and evolution. The genome of a western lowland gorilla has been sequenced and analysed, completing the genome sequences of all great ape genera, and providing evidence for parallel accelerated evolution in chimpanzee, gorilla and human lineages at a number of loci. The genome of the gorilla has been sequenced, making it possible to compare the DNA of the four surviving hominid genera: human, chimpanzee, gorilla and orang-utan. The data — mainly from a female western lowland gorilla named Kamilah, but also from other gorillas representing both the western lowland and eastern lowland sub-species — imply that in almost one-third of its genome, the gorilla is closer to the human or chimpanzee than the human and chimp are to each other. Around 500 genes show accelerated evolution in gorilla, human and chimpanzee lineages, and there is evidence for parallel acceleration, particularly in genes associated with hearing. On the basis of genetic and fossil evidence, the authors suggest that the human–chimpanzee and human–chimpanzee–gorilla speciation events occurred at around 6 million and 10 million years ago respectively, whereas the two gorilla species diverged around 1.75 million years ago.

Evan Eichler and colleagues have developed an algorithm called mrFAST to map short, next-generation sequence reads across the genome that allows for the accurate prediction of copy-number variation. Despite their importance in gene innovation and phenotypic variation, duplicated regions have remained largely intractable owing to difficulties in accurately resolving their structure, copy number and sequence content. We present an algorithm (mrFAST) to comprehensively map next-generation sequence reads, which allows for the prediction of absolute copy-number variation of duplicated segments and genes. We examine three human genomes and experimentally validate genome-wide copy number differences. We estimate that, on average, 73–87 genes vary in copy number between any two individuals and find that these genic differences overwhelmingly correspond to segmental duplications (odds ratio = 135; P < 2.2 × 10−16). Our method can distinguish between different copies of highly identical genes, providing a more accurate assessment of gene content and insight into functional constraint without the limitations of array-based technology.