Summary The history of human inbreeding is controversial. The development of sedentary agricultural societies may have had opposite influences on inbreeding levels. On the one hand, agriculture and food surplus may have diminished inbreeding by increasing population sizes and lowering endogamy, i.e. inbreeding due to population isolation. On the other hand, increased sedentism, as well as the advent of private property may have promoted inbreeding through the emergence of consanguineous marriage customs or via ethnic and caste endogamy. The net impact is unknown, and to date, no systematic study on the temporal frequency of inbreeding in human societies has been conducted. Here we present a new approach for reliable estimation of runs of homozygosity (ROH) in genomes with ≥3x mean coverage across >1 million SNPs, and apply this to 440 ancient Eurasian genomes from the last 15,000 years. We show that the frequency of inbreeding, as measured by ROH, has decreased over time. The strongest effect is associated with the Neolithic transition, but the trend has since continued, indicating a population size effect on inbreeding prevalence. We further show that most inbreeding in our historical sample can be attributed to endogamy, although singular cases of high consanguinity can also be found in the archaeogenomic record. Highlights A study of 440 ancient genomes shows inbreeding decreased over time. The decrease appears linked with population size increase due to farming. Extreme consanguineous matings did occur among farmers, but rarely.

Abstract The possibility to obtain genome-wide ancient DNA data from multiple individuals has facilitated an unprecedented perspective into prehistoric societies. Studying biological relatedness in these groups requires tailored approaches for analyzing ancient DNA due to its low coverage, post-mortem damage, and potential ascertainment bias. Here we present READv2 (Relatedness Estimation from Ancient DNA version 2), an improved Python 3 re-implementation of the most widely used tool for this purpose. While providing increased portability and making the software future-proof, we are also able to show that READv2 (a) is orders of magnitude faster than its predecessor; (b) has increased power to detect pairs of relatives using optimized default parameters; and, when the number of overlapping SNPs is sufficient, (c) can differentiate between full-siblings and parent-offspring, and (d) can classify pairs of third-degree relatedness. We further use READv2 to analyze a large empirical dataset that has previously needed two separate tools to reconstruct complex pedigrees. We show that READv2 yields results and precision similar to the combined approach but is faster and simpler to run. READv2 will become a valuable part of the archaeogenomic toolkit in providing an efficient and user-friendly classification of biological relatedness from pseudohaploid ancient DNA data.

Abstract Upper Mesopotamia played a key role in the Neolithic Transition in Southwest Asia through marked innovations in symbolism, technology, and foodways. We present thirteen ancient genomes (c.8500-7500 calBCE) from Pre-Pottery Neolithic Çayönü in the Tigris basin together with bioarchaeological and material culture data. Our findings reveal that Çayönü was a genetically diverse population, carrying a mixed ancestry from western and eastern Fertile Crescent, and that the community received immigrants. Our results further suggest that the community was organised along biological family lines. We document bodily interventions such as head-shaping and cauterization among the individuals examined, reflecting Çayönü’s cultural ingenuity. Finally, we identify Upper Mesopotamia as the likely source of eastern gene flow into Neolithic Anatolia, in line with material culture evidence. We hypothesise that Upper Mesopotamia’s cultural dynamism during the Neolithic Transition was the product not only of its fertile lands but also of its interregional demographic connections.

Background The possible role of somatic copy number variations (CNVs) in Alzheimer’s disease (AD) aetiology has been controversial. Although cytogenetic studies suggested increased CNV loads in AD brains, a recent single-cell whole-genome sequencing (scWGS) experiment, studying frontal cortex brain samples, found no such evidence. Here we readdressed this issue using lowcoverage scWGS on pyramidal neurons dissected using laser capture microdissection (LCM) across five brain regions: entorhinal cortex, temporal cortex, hippocampal CA1, hippocampal CA3, and the cerebellum. Results Among reliably detected somatic CNVs identified in 1301 cells obtained from the brains of 13 AD patients and 7 healthy controls, deletions were more frequent compared to duplications. Interestingly, we observed slightly higher frequencies of CNV events in cells from AD compared to similar numbers of cells from controls (4.1% vs. 1.4%, or 0.9% vs. 0.7%, using different filtering approaches), although the differences were not statistically significant. We also observed that LCM-isolated cells show higher within-cell read depth variation compared to cells isolated with fluorescence activated cell sorting (FACS), which we argue may have both biological and technical causes. Furthermore, we found that LCM-isolated neurons in AD harbour slightly more read depth variability than neurons of controls, which might be related to the reported hyperploid profiles of some AD-affected neurons. We also propose a principal component analysis-based denoising approach that significantly reduces within-cell read depth variation in scWGS data. Conclusions We find slightly higher somatic CNV frequencies in the brains of AD patients, and higher sequencing coverage variability, although the effects measured do not reach statistical significance. The results call for improved experimental protocols to determine the possible role of CNVs in AD pathogenesis.

A bstract To date, ancient genome analyses have been largely confined to the study of single nucleotide polymorphisms (SNPs). Copy number variants (CNVs) are a major contributor of disease and of evolutionary adaptation, but identifying CNVs in ancient shotgun-sequenced genomes is hampered by typical low coverage (<1 ×) and short fragments (<80 bps), precluding standard CNV detection software to be effectively applied to ancient genomes. Here we present CONGA, tailored for genotyping CNVs at low coverage. Simulations and down-sampling experiments suggest that CONGA can genotype deletions >1 kbps with F-scores >0.75 at ≥1×, and distinguish between heterozygous and homozygous states. We applied CONGA to genotype 10,002 outgroup-ascertained deletions across a heterogenous set of 71 ancient human genomes spanning the last 50,000 years, produced using variable experimental protocols. A fraction of these (21/71) display divergent deletion profiles unrelated to their population origin, but attributable to technical factors such as coverage and read length. The majority of the sample (50/71), despite originating from nine different laboratories and having coverages 0.44×-26× (median 4×) and read lengths 52-121 bp (median 69), exhibit coherent deletion frequencies. Across these 50 genomes, inter-individual genetic diversity measured using SNPs and CONGA-genotyped deletions are strongly correlated. CONGA-genotyped deletions also display purifying selection signatures, as expected. CONGA thus paves the way for systematic CNV analyses in ancient genomes, despite the technical challenges posed by low and variable genome coverage.

Sheep are among the earliest domesticated livestock species, with a wide variety of breeds present today. However, it remains unclear how far back this diversity goes, with formal documentation only dating back a few centuries. North European short-tailed (NEST) breeds are often assumed to be among the oldest domestic sheep populations, even thought to represent relicts of the earliest sheep expansions during the Neolithic period reaching Scandinavia <6,000 years ago. This study sequenced the genomes (up to 11.6X) of five sheep remains from the Baltic islands of Gotland and Åland, dating from the Late Neolithic (∼4,100 cal BP) to historical times (∼1,600 CE). Our findings indicate that these ancient sheep largely possessed the genetic characteristics of modern NEST breeds, suggesting a substantial degree of long-term continuity of this sheep type in the Baltic Sea region. Despite the wide temporal spread, population genetic analyses show high levels of affinity between the ancient genomes and they also exhibit relatively high genetic diversity when compared to modern NEST breeds, implying a loss of diversity in most breeds during the last centuries associated with breed formation and recent bottlenecks. Our results shed light on the development of breeds in Northern Europe specifically as well as the development of genetic diversity in sheep breeds, and their expansion from the domestication center in general.

Sheep was among the first domesticated animals, but its demographic history is little understood. Here we present combined analyses of mitochondrial and nuclear polymorphism data from ancient central and west Anatolian sheep dating to the Late Glacial and early Holocene. We observe loss of mitochondrial haplotype diversity around 7500 BCE during the early Neolithic, consistent with a domestication-related bottleneck. Post-7000 BCE, mitochondrial haplogroup diversity increases, compatible with admixture from other domestication centres and/or from wild populations. Analysing archaeogenomic data, we further find that Anatolian Neolithic sheep (ANS) are genetically closest to present-day European breeds, and especially those from central and north Europe. Our results indicate that Asian contribution to south European breeds in the post-Neolithic era, possibly during the Bronze Age, may explain this pattern.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Cells in largely non-mitotic tissues such as the brain are prone to stochastic (epi-)genetic alterations that may cause increased variability between cells and individuals over time. Although increased inter-individual heterogeneity in gene expression was previously reported, whether this process starts during development or if it is restricted to the aging period has not yet been studied. The regulatory dynamics and functional significance of putative aging-related heterogeneity are also unknown. Here we address these by a meta-analysis of 19 transcriptome datasets from diverse human brain regions. We observed a significant increase in inter-individual heterogeneity during aging (20+ years) compared to postnatal development (0 to 20 years). Increased heterogeneity during aging was consistent among different brain regions at the gene level and associated with lifespan regulation and neuronal functions. Overall, our results show that increased expression heterogeneity is a characteristic of aging human brain, and may influence aging-related changes in brain functions.

Abstract We present paleogenomes of three morphologically-unidentified Anatolian equids dating to the 1 st millennium BCE, sequenced to coverages of 0.6-6.4X. Mitochondrial DNA haplotypes of the Anatolian individuals clustered with those of Equus hydruntinus (or Equus hemionus hydruntinus ), the extinct European wild ass. The Anatolian wild ass whole genome profiles fall outside the genomic diversity of other extant and past Asiatic wild ass ( E.hemionus ) lineages. These observations strongly suggest that the three Anatolian wild asses represent E.hydruntinus , making them the latest recorded survivors of this lineage, about a millennium later than the latest observations in the zooarchaeological record. Comparative genomic analyses suggest that E.hydruntinus was a sister clade to all ancient and present-day E.hemionus lineages, representing an early split. We also find indication of gene flow between hydruntines and Middle Eastern wild asses. Analyses of genome-wide heterozygosity and runs of homozygosity reveal that the Anatolian wild ass population had severely lost genetic diversity by the mid-1 st millennium BCE, a likely omen of its eventual demise.

The Neolithic transition introduced major diet and lifestyle changes to human populations across continents. Beyond well-documented bioarchaeological and genetic effects, whether these changes also had molecular-level epigenetic repercussions in past human populations has been an open question. In fact, methylation signatures can be inferred from UDG-treated ancient DNA through postmortem damage patterns, but with low signal-to-noise ratios; it is thus unclear whether published paleogenomes would provide the necessary resolution to discover systematic effects of lifestyle and diet shifts. To address this we compiled UDG-treated shotgun genomes of 13 pre-Neolithic hunter-gatherer (HGs) and 21 Neolithic farmer (NFs) individuals from West and North Eurasia, published by six different laboratories and with coverage c.1x-58x (median=9x). We used epiPALEOMIX and a Monte Carlo normalization scheme to estimate methylation levels per genome. Our paleomethylome dataset showed expected genome-wide methylation patterns such as CpG island hypomethylation. However, analysing the data using various approaches did not yield any systematic signals for subsistence type, genetic sex, or tissue effects. Comparing the HG-NF methylation differences in our dataset with methylation differences between hunter-gatherers vs. farmers in modern-day Central Africa also did not yield consistent results. Meanwhile, paleomethylome profiles did cluster strongly by their laboratories of origin. Our results mark the importance of minimizing technical noise for capturing subtle biological signals from paleomethylomes.