Here we present a draft genome sequence of the common chimpanzee (Pan troglodytes). Through comparison with the human genome, we have generated a largely complete catalogue of the genetic differences that have accumulated since the human and chimpanzee species diverged from our common ancestor, constituting approximately thirty-five million single-nucleotide changes, five million insertion/deletion events, and various chromosomal rearrangements. We use this catalogue to explore the magnitude and regional variation of mutational forces shaping these two genomes, and the strength of positive and negative selection acting on their genes. In particular, we find that the patterns of evolution in human and chimpanzee protein-coding genes are highly correlated and dominated by the fixation of neutral and slightly deleterious alleles. We also use the chimpanzee genome as an outgroup to investigate human population genetics and identify signatures of selective sweeps in recent human evolution.

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.

Sequencing of the bonobo genome shows that more than three per cent of the human genome is more closely related to either the bonobo genome or the chimpanzee genome than those genomes are to each other. The chimpanzee and the bonobo are our species' two closest living relatives. This paper reports the genome sequence of the bonobo, the last ape to be sequenced. Comparative genomic analyses reveal that more than 3% of the human genome is more closely related to either the bonobo or the chimpanzee genome than these are to each other. The results shed light on the ancestry of the two ape species and might eventually help us to understand the genetic basis of phenotypes that humans share with one or the other ape species. Two African apes are the closest living relatives of humans: the chimpanzee (Pan troglodytes) and the bonobo (Pan paniscus). Although they are similar in many respects, bonobos and chimpanzees differ strikingly in key social and sexual behaviours1,2,3,4, and for some of these traits they show more similarity with humans than with each other. Here we report the sequencing and assembly of the bonobo genome to study its evolutionary relationship with the chimpanzee and human genomes. We find that more than three per cent of the human genome is more closely related to either the bonobo or the chimpanzee genome than these are to each other. These regions allow various aspects of the ancestry of the two ape species to be reconstructed. In addition, many of the regions that overlap genes may eventually help us understand the genetic basis of phenotypes that humans share with one of the two apes to the exclusion of the other.

We report a recurrent microdeletion syndrome causing mental retardation, epilepsy and variable facial and digital dysmorphisms. We describe nine affected individuals, including six probands: two with de novo deletions, two who inherited the deletion from an affected parent and two with unknown inheritance. The proximal breakpoint of the largest deletion is contiguous with breakpoint 3 (BP3) of the Prader-Willi and Angelman syndrome region, extending 3.95 Mb distally to BP5. A smaller 1.5-Mb deletion has a proximal breakpoint within the larger deletion (BP4) and shares the same distal BP5. This recurrent 1.5-Mb deletion contains six genes, including a candidate gene for epilepsy (CHRNA7) that is probably responsible for the observed seizure phenotype. The BP4–BP5 region undergoes frequent inversion, suggesting a possible link between this inversion polymorphism and recurrent deletion. The frequency of these microdeletions in mental retardation cases is ∼0.3% (6/2,082 tested), a prevalence comparable to that of Williams, Angelman and Prader-Willi syndromes.

Sequencing of cell-free fetal-derived DNA from maternal plasma provides a noninvasive way to predict the fetal genome sequence.

Gibbons are small arboreal apes that display an accelerated rate of evolutionary chromosomal rearrangement and occupy a key node in the primate phylogeny between Old World monkeys and great apes. Here we present the assembly and analysis of a northern white-cheeked gibbon (Nomascus leucogenys) genome. We describe the propensity for a gibbon-specific retrotransposon (LAVA) to insert into chromosome segregation genes and alter transcription by providing a premature termination site, suggesting a possible molecular mechanism for the genome plasticity of the gibbon lineage. We further show that the gibbon genera (Nomascus, Hylobates, Hoolock and Symphalangus) experienced a near-instantaneous radiation ∼5 million years ago, coincident with major geographical changes in southeast Asia that caused cycles of habitat compression and expansion. Finally, we identify signatures of positive selection in genes important for forelimb development (TBX5) and connective tissues (COL1A1) that may have been involved in the adaptation of gibbons to their arboreal habitat. The genome of the gibbon, a tree-dwelling ape from Asia positioned between Old World monkeys and the great apes, is presented, providing insights into the evolutionary history of gibbon species and their accelerated karyotypes, as well as evidence for selection of genes such as those for forelimb development and connective tissue that may be important for locomotion through trees. The many species of gibbons are small, tree-living apes from Southeast Asia, most of them listed as 'endangered' or 'critically endangered' on the IUCN list. In their presentation of the genome of the northern white-cheeked gibbon (Nomascus leucogenys) , Lucia Carbone and colleagues provide intriguing insights into the biology and evolutionary history of a group that straddles the divide between Old World monkeys and the great apes. The authors investigate how a novel gibbon-specific retrotransposon might be the source of gibbons' genome plasticity. Rapid karyotype evolution combined with multiple episodes of climate and environmental change might explain the almost instantaneous divergence of the four gibbon genera. Positive selection on genes involved in forelimb development and connective tissue might have been related to gibbons' unique mode of locomotion in the tropical canopy.

A spotlight on great ape genomes Most nonhuman primate genomes generated to date have been “humanized” owing to their many gaps and the reliance on guidance by the reference human genome. To remove this humanizing effect, Kronenberg et al. generated and assembled long-read genomes of a chimpanzee, an orangutan, and two humans and compared them with a previously generated gorilla genome. This analysis recognized genomic structural variation specific to humans and particular ape lineages. Comparisons between human and chimpanzee cerebral organoids showed down-regulation of the expression of specific genes in humans, relative to chimpanzees, related to noncoding variation identified in this analysis. Science , this issue p. eaar6343

Copy number variations (CNVs) affect a wide range of phenotypic traits; however, CNVs in or near segmental duplication regions are often intractable. Using a read depth approach based on next-generation sequencing, we examined genome-wide copy number differences among five taurine (three Angus, one Holstein, and one Hereford) and one indicine (Nelore) cattle. Within mapped chromosomal sequence, we identified 1265 CNV regions comprising ∼55.6-Mbp sequence—476 of which (∼38%) have not previously been reported. We validated this sequence-based CNV call set with array comparative genomic hybridization (aCGH), quantitative PCR (qPCR), and fluorescent in situ hybridization (FISH), achieving a validation rate of 82% and a false positive rate of 8%. We further estimated absolute copy numbers for genomic segments and annotated genes in each individual. Surveys of the top 25 most variable genes revealed that the Nelore individual had the lowest copy numbers in 13 cases (∼52%, χ 2 test; P -value <0.05). In contrast, genes related to pathogen- and parasite-resistance, such as CATHL4 and ULBP17 , were highly duplicated in the Nelore individual relative to the taurine cattle, while genes involved in lipid transport and metabolism, including APOL3 and FABP2 , were highly duplicated in the beef breeds. These CNV regions also harbor genes like BPIFA2A (BSP30A) and WC1 , suggesting that some CNVs may be associated with breed-specific differences in adaptation, health, and production traits. By providing the first individualized cattle CNV and segmental duplication maps and genome-wide gene copy number estimates, we enable future CNV studies into highly duplicated regions in the cattle genome.

Genomic structural variation is an important and abundant source of genetic and phenotypic variation. Here, we describe the first systematic and genome-wide analysis of copy number variations (CNVs) in modern domesticated cattle using array comparative genomic hybridization (array CGH), quantitative PCR (qPCR), and fluorescent in situ hybridization (FISH). The array CGH panel included 90 animals from 11 Bos taurus , three Bos indicus , and three composite breeds for beef, dairy, or dual purpose. We identified over 200 candidate CNV regions (CNVRs) in total and 177 within known chromosomes, which harbor or are adjacent to gains or losses. These 177 high-confidence CNVRs cover 28.1 megabases or ∼1.07% of the genome. Over 50% of the CNVRs (89/177) were found in multiple animals or breeds and analysis revealed breed-specific frequency differences and reflected aspects of the known ancestry of these cattle breeds. Selected CNVs were further validated by independent methods using qPCR and FISH. Approximately 67% of the CNVRs (119/177) completely or partially span cattle genes and 61% of the CNVRs (108/177) directly overlap with segmental duplications. The CNVRs span about 400 annotated cattle genes that are significantly enriched for specific biological functions, such as immunity, lactation, reproduction, and rumination. Multiple gene families, including ULBP , have gone through ruminant lineage-specific gene amplification. We detected and confirmed marked differences in their CNV frequencies across diverse breeds, indicating that some cattle CNVs are likely to arise independently in breeds and contribute to breed differences. Our results provide a valuable resource beyond microsatellites and single nucleotide polymorphisms to explore the full dimension of genetic variability for future cattle genomic research.