Recently, the field of predicting phenotypes of externally visible characteristics (EVCs) from DNA genotypes with the final aim of concentrating police investigations to find persons completely unknown to investigating authorities, also referred to as Forensic DNA Phenotyping (FDP), has started to become established in forensic biology. We previously developed and forensically validated the IrisPlex system for accurate prediction of blue and brown eye colour from DNA, and recently showed that all major hair colour categories are predictable from carefully selected DNA markers. Here, we introduce the newly developed HIrisPlex system, which is capable of simultaneously predicting both hair and eye colour from DNA. HIrisPlex consists of a single multiplex assay targeting 24 eye and hair colour predictive DNA variants including all 6 IrisPlex SNPs, as well as two prediction models, a newly developed model for hair colour categories and shade, and the previously developed IrisPlex model for eye colour. The HIrisPlex assay was designed to cope with low amounts of template DNA, as well as degraded DNA, and preliminary sensitivity testing revealed full DNA profiles down to 63pg input DNA. The power of the HIrisPlex system to predict hair colour was assessed in 1551 individuals from three different parts of Europe showing different hair colour frequencies. Using a 20% subset of individuals, while 80% were used for model building, the individual-based prediction accuracies employing a prediction-guided approach were 69.5% for blond, 78.5% for brown, 80% for red and 87.5% for black hair colour on average. Results from HIrisPlex analysis on worldwide DNA samples imply that HIrisPlex hair colour prediction is reliable independent of bio-geographic ancestry (similar to previous IrisPlex findings for eye colour). We furthermore demonstrate that it is possible to infer with a prediction accuracy of >86% if a brown-eyed, black-haired individual is of non-European (excluding regions nearby Europe) versus European (including nearby regions) bio-geographic origin solely from the strength of HIrisPlex eye and hair colour probabilities, which can provide extra intelligence for future forensic applications. The HIrisPlex system introduced here, including a single multiplex test assay, an interactive tool and prediction guide, and recommendations for reporting final outcomes, represents the first tool for simultaneously establishing categorical eye and hair colour of a person from DNA. The practical forensic application of the HIrisPlex system is expected to benefit cases where other avenues of investigation, including STR profiling, provide no leads on who the unknown crime scene sample donor or the unknown missing person might be.

A new era of 'DNA intelligence' is arriving in forensic biology, due to the impending ability to predict externally visible characteristics (EVCs) from biological material such as those found at crime scenes. EVC prediction from forensic samples, or from body parts, is expected to help concentrate police investigations towards finding unknown individuals, at times when conventional DNA profiling fails to provide informative leads. Here we present a robust and sensitive tool, termed IrisPlex, for the accurate prediction of blue and brown eye colour from DNA in future forensic applications. We used the six currently most eye colour-informative single nucleotide polymorphisms (SNPs) that previously revealed prevalence-adjusted prediction accuracies of over 90% for blue and brown eye colour in 6168 Dutch Europeans. The single multiplex assay, based on SNaPshot chemistry and capillary electrophoresis, both widely used in forensic laboratories, displays high levels of genotyping sensitivity with complete profiles generated from as little as 31pg of DNA, approximately six human diploid cell equivalents. We also present a prediction model to correctly classify an individual's eye colour, via probability estimation solely based on DNA data, and illustrate the accuracy of the developed prediction test on 40 individuals from various geographic origins. Moreover, we obtained insights into the worldwide allele distribution of these six SNPs using the HGDP-CEPH samples of 51 populations. Eye colour prediction analyses from HGDP-CEPH samples provide evidence that the test and model presented here perform reliably without prior ancestry information, although future worldwide genotype and phenotype data shall confirm this notion. As our IrisPlex eye colour prediction test is capable of immediate implementation in forensic casework, it represents one of the first steps forward in the creation of a fully individualised EVC prediction system for future use in forensic DNA intelligence.

Abstract In 2012, a skeleton was excavated at the presumed site of the Grey Friars friary in Leicester, the last-known resting place of King Richard III. Archaeological, osteological and radiocarbon dating data were consistent with these being his remains. Here we report DNA analyses of both the skeletal remains and living relatives of Richard III. We find a perfect mitochondrial DNA match between the sequence obtained from the remains and one living relative, and a single-base substitution when compared with a second relative. Y-chromosome haplotypes from male-line relatives and the remains do not match, which could be attributed to a false-paternity event occurring in any of the intervening generations. DNA-predicted hair and eye colour are consistent with Richard’s appearance in an early portrait. We calculate likelihood ratios for the non-genetic and genetic data separately, and combined, and conclude that the evidence for the remains being those of Richard III is overwhelming.

Recent reports of a novel group of flaviviruses that replicate only in mosquitoes and appear to spread through insect populations via vertical transmission have emerged from around the globe. To date, there is no information on the presence or prevalence of these insect-specific flaviviruses (ISFs) in Australian mosquito species. To assess whether such viruses occur locally, we used reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) and flavivirus universal primers that are specific to the NS5 gene to detect these viruses in mosquito pools collected from the Northern Territory. Of 94 pools of mosquitoes, 13 were RT-PCR positive, and of these, 6 flavivirus isolates were obtained by inoculation of mosquito cell culture. Sequence analysis of the NS5 gene revealed that these isolates are genetically and phylogenetically similar to ISFs reported from other parts of the world. The entire coding region of one isolate (designated 56) was sequenced and shown to have approximately 63.7% nucleotide identity and 66.6% amino acid identity with its closest known relative (Nakiwogo virus) indicating that the prototype Australian ISF represents a new species. All isolates were obtained from Coquillettidia xanthogaster mosquitoes. The new virus is tentatively named Palm Creek virus (PCV) after its place of isolation. We also demonstrated that prior infection of cultured mosquito cells with PCV suppressed subsequent replication of the medically significant West Nile and Murray Valley encephalitis viruses by 10–43 fold (1 to 1.63 log) at 48 hr post-infection, suggesting that superinfection exclusion can occur between ISFs and vertebrate-infecting flaviviruses despite their high level of genetic diversity. We also generated several monoclonal antibodies (mAbs) that are specific to the NS1 protein of PCV, and these represent the first ISF-specific mAbs reported to date.

The analysis of contemporary genomic data typically operates on one-dimensional phenotypic measurements (e.g. standing height). Here we report on a data-driven, family-informed strategy to facial phenotyping that searches for biologically relevant traits and reduces multivariate 3D facial shape variability into amendable univariate measurements, while preserving its structurally complex nature. We performed a biometric identification of siblings in a sample of 424 children, defining 1,048 sib-shared facial traits. Subsequent quantification and analyses in an independent European cohort (n = 8,246) demonstrated significant heritability for a subset of traits (0.17-0.53) and highlighted 218 genome-wide significant loci (38 also study-wide) associated with facial variation shared by siblings. These loci showed preferential enrichment for active chromatin marks in cranial neural crest cells and embryonic craniofacial tissues and several regions harbor putative craniofacial genes, thereby enhancing our knowledge on the genetic architecture of normal-range facial variation.

Abstract The human face is complex and multipartite, and characterization of its genetic architecture remains intriguingly challenging. Applying GWAS to multivariate shape phenotypes, we identified 203 genomic regions associated with normal-range facial variation, 117 of which are novel. The associated regions are enriched for both genes relevant to craniofacial and limb morphogenesis and enhancer activity in cranial neural crest cells and craniofacial tissues. Genetic variants grouped by their contribution to similar aspects of facial variation show high within-group correlation of enhancer activity, and four SNP pairs display evidence of epistasis, indicating potentially coordinated actions of variants within the same cell types or tissues. In sum, our analyses provide new insights for understanding how complex morphological traits are shaped by both individual and coordinated genetic actions.

Abstract The cranial vault – the portion of the skull surrounding the brain and cerebellum – is highly variable, clinically relevant, and heritable, yet its genetic architecture remains poorly understood. Here, we conducted a joint multi-ancestry and admixed multivariate GWAS on 3D cranial vault shape extracted from magnetic resonance images of 6,772 children from the ABCD study cohort, identifying 30 genome-wide significant genetic loci and replicating 20 of these signals in 16,947 additional individuals of the UK Biobank. This joint multi-ancestry GWAS was enriched for genetic components of cranial vault shape shared across ancestral groups and yielded a greater discovery than a European-only GWAS. We present supporting evidence for parietal versus frontal bone localization for several of the identified genes based on expression patterns in E15.5 mice. Collectively, our GWAS loci were enriched for processes related to skeletal development and showed elevated activity in cranial neural crest cells, suggesting a role during early craniofacial development. Among the identified genes, were RUNX2 and several of its upstream and downstream actors, highlighting the prominent role of intramembranous ossification – which takes place at the cranial sutures – in influencing cranial vault shape. We found that mutations in many genes associated with craniosynostosis exert their pathogenicity by modulating the same pathways involved in normal cranial vault development. This was further demonstrated in a non-syndromic sagittal craniosynostosis case-parent trio dataset of 63 probands (n = 189), where our GWAS signals near BMP2, BBS9 , and ZIC2 contributed significantly to disease risk. Moreover, we found strong evidence of overlap with genes influencing the morphology of the face and the brain, suggesting a common genetic architecture connecting these developmentally adjacent structures. Overall, our study provides a comprehensive overview of the genetics underlying normal cranial vault shape and its relevance for understanding modern human craniofacial diversity and the etiology of congenital malformations.