The 1000 Genomes Project set out to provide a comprehensive description of common human genetic variation by applying whole-genome sequencing to a diverse set of individuals from multiple populations. Here we report completion of the project, having reconstructed the genomes of 2,504 individuals from 26 populations using a combination of low-coverage whole-genome sequencing, deep exome sequencing, and dense microarray genotyping. We characterized a broad spectrum of genetic variation, in total over 88 million variants (84.7 million single nucleotide polymorphisms (SNPs), 3.6 million short insertions/deletions (indels), and 60,000 structural variants), all phased onto high-quality haplotypes. This resource includes >99% of SNP variants with a frequency of >1% for a variety of ancestries. We describe the distribution of genetic variation across the global sample, and discuss the implications for common disease studies.

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.

The rhesus macaque ( Macaca mulatta ) is an abundant primate species that diverged from the ancestors of Homo sapiens about 25 million years ago. Because they are genetically and physiologically similar to humans, rhesus monkeys are the most widely used nonhuman primate in basic and applied biomedical research. We determined the genome sequence of an Indian-origin Macaca mulatta female and compared the data with chimpanzees and humans to reveal the structure of ancestral primate genomes and to identify evidence for positive selection and lineage-specific expansions and contractions of gene families. A comparison of sequences from individual animals was used to investigate their underlying genetic diversity. The complete description of the macaque genome blueprint enhances the utility of this animal model for biomedical research and improves our understanding of the basic biology of the species.

A method for 3D differentiation of human pluripotent stem cells yields brain cortical spheroids with functional neurons and astrocytes. The spheroids can be sliced for imaging and electrophysiological studies. The human cerebral cortex develops through an elaborate succession of cellular events that, when disrupted, can lead to neuropsychiatric disease. The ability to reprogram somatic cells into pluripotent cells that can be differentiated in vitro provides a unique opportunity to study normal and abnormal corticogenesis. Here, we present a simple and reproducible 3D culture approach for generating a laminated cerebral cortex–like structure, named human cortical spheroids (hCSs), from pluripotent stem cells. hCSs contain neurons from both deep and superficial cortical layers and map transcriptionally to in vivo fetal development. These neurons are electrophysiologically mature, display spontaneous activity, are surrounded by nonreactive astrocytes and form functional synapses. Experiments in acute hCS slices demonstrate that cortical neurons participate in network activity and produce complex synaptic events. These 3D cultures should allow a detailed interrogation of human cortical development, function and disease, and may prove a versatile platform for generating other neuronal and glial subtypes in vitro.

Many common variants have been associated with hematological traits, but identification of causal genes and pathways has proven challenging. We performed a genome-wide association analysis in the UK Biobank and INTERVAL studies, testing 29.5 million genetic variants for association with 36 red cell, white cell, and platelet properties in 173,480 European-ancestry participants. This effort yielded hundreds of low frequency (<5%) and rare (<1%) variants with a strong impact on blood cell phenotypes. Our data highlight general properties of the allelic architecture of complex traits, including the proportion of the heritable component of each blood trait explained by the polygenic signal across different genome regulatory domains. Finally, through Mendelian randomization, we provide evidence of shared genetic pathways linking blood cell indices with complex pathologies, including autoimmune diseases, schizophrenia, and coronary heart disease and evidence suggesting previously reported population associations between blood cell indices and cardiovascular disease may be non-causal.

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.

To achieve its precise neural connectivity, the developing mammalian nervous system undergoes extensive activity-dependent synapse remodelling. Recently, microglial cells have been shown to be responsible for a portion of synaptic pruning, but the remaining mechanisms remain unknown. Here we report a new role for astrocytes in actively engulfing central nervous system synapses. This process helps to mediate synapse elimination, requires the MEGF10 and MERTK phagocytic pathways, and is strongly dependent on neuronal activity. Developing mice deficient in both astrocyte pathways fail to refine their retinogeniculate connections normally and retain excess functional synapses. Finally, we show that in the adult mouse brain, astrocytes continuously engulf both excitatory and inhibitory synapses. These studies reveal a novel role for astrocytes in mediating synapse elimination in the developing and adult brain, identify MEGF10 and MERTK as critical proteins in the synapse remodelling underlying neural circuit refinement, and have important implications for understanding learning and memory as well as neurological disease processes. This study describes comprehensive synaptic engulfment by astrocytes, mediating synapse elimination in an activity-dependent manner; this elimination process involves the MEGF10 and MERTK phagocytic pathways and persists into adulthood, with mutant mice that lack these pathways in astrocytes exhibiting a failure to refine retinogeniculate connections during development. Synapse elimination is an important aspect of brain development in which the number of synaptic contacts is reduced in an activity-dependent manner. Glial cells — non-neural cells that perform a variety of roles in the brain — were recently shown to have a role in synapse remodelling, with the phagocytic microglia responsible for a certain proportion of connection refinement, with little else known regarding the mechanisms underlying this. Here, Won-Suk Chung et al. describe comprehensive synaptic engulfment by astrocytes, mediating synapse elimination in an activity-dependent manner. This elimination process involved the MEGF10 and MERTK phagocytic pathways, with transgenic animals lacking these pathways in astrocytes exhibiting a failure to refine retinogeniculate connections during development. These mechanisms also extend into adulthood. This work has implications for our understanding of learning and memory as well as neurological disease processes.