Jonathan Marchini, Gonçalo Abecasis, Richard Durbin and colleagues describe the construction of a reference panel of human haplotypes from whole-genome sequencing data. They are able to use this to accurately impute genotypes at low minor allele frequency and present remote server resources for use by the community. We describe a reference panel of 64,976 human haplotypes at 39,235,157 SNPs constructed using whole-genome sequence data from 20 studies of predominantly European ancestry. Using this resource leads to accurate genotype imputation at minor allele frequencies as low as 0.1% and a large increase in the number of SNPs tested in association studies, and it can help to discover and refine causal loci. We describe remote server resources that allow researchers to carry out imputation and phasing consistently and efficiently.

Transplantation of hematopoietic stem cells from partially matched family donors is a promising therapy for patients who have a hematologic cancer and are at high risk for relapse. The donor T-cell infusions associated with such transplantation can promote post-transplantation immune reconstitution and control residual disease.

Usher syndrome (USH) encompasses a group of disorders characterized by congenital sensorineural hearing loss (SNHL) and retinitis pigmentosa (RP). We described the clinical findings, natural history, and molecular analyses of USH patients identified during a large-scale screening to identify quantitative traits related to ocular disorders in the SardiNIA project cohort.

We describe a reference panel of 64,976 human haplotypes at 39,235,157 SNPs constructed using whole genome sequence data from 20 studies of predominantly European ancestry. Using this resource leads to accurate genotype imputation at minor allele frequencies as low as 0.1%, a large increase in the number of SNPs tested in association studies and can help to discover and refine causal loci. We describe remote server resources that allow researchers to carry out imputation and phasing consistently and efficiently.

Heritability is a fundamental parameter in genetics. Traditional estimates based on family or twin studies can be biased due to shared environmental or non-additive genetic variance. Alternatively, those based on genotyped or imputed variants typically underestimate narrow-sense heritability contributed by rare or otherwise poorly-tagged causal variants. Identical-by-descent (IBD) segments of the genome share all variants between pairs of chromosomes except new mutations that have arisen since the last common ancestor. Therefore, relating phenotypic similarity to degree of IBD sharing among classically unrelated individuals is an appealing approach to estimating the near full additive genetic variance while avoiding biases that can occur when modeling close relatives. We applied an IBD-based approach (GREML-IBD) to estimate heritability in unrelated individuals using phenotypic simulation with thousands of whole genome sequences across a range of stratification, polygenicity levels, and the minor allele frequencies of causal variants (CVs). IBD-based heritability estimates were unbiased when using unrelated individuals, even for traits with extremely rare CVs, but stratification led to strong biases in IBD-based heritability estimates with poor precision. We used data on two traits in ~120,000 people from the UK Biobank to demonstrate that, depending on the trait and possible confounding environmental effects, GREML-IBD can be applied successfully to very large genetic datasets to infer the contribution of very rare variants lost using other methods. However, we observed apparent biases in this real data that were not predicted from our simulation, suggesting that more work may be required to understand factors that influence IBD-based estimates.

European populations display low genetic diversity as the result of long term blending of the small number of ancient founding ancestries. However it is still unclear how the combination of ancient ancestries related to early European foragers, Neolithic farmers and Bronze Age nomadic pastoralists can fully explain genetic variation across Europe. Populations in natural crossroads like the Italian peninsula are expected to recapitulate the overall continental diversity, but to date have been systematically understudied. Here we characterised the ancestry profiles of modern-day Italian populations using a genome-wide dataset representative of modern and ancient samples from across Italy, Europe and the rest of the world. Italian genomes captured several ancient signatures, including a non-steppe related substantial ancestry contribution ultimately from the Caucasus. Differences in ancestry composition as the result of migration and admixture generated in Italy the largest degree of population structure detected so far in the continent and shaped the amount of Neanderthal DNA present in modern-day populations.

The population of the Mediterranean island of Sardinia has made important contributions to genome-wide association studies of traits and diseases. The history of the Sardinian population has also been the focus of much research, and in recent ancient DNA (aDNA) studies, Sardinia has provided unique insight into the peopling of Europe and the spread of agriculture. In this study, we analyze whole-genome sequences of 3,514 Sardinians to address hypotheses regarding the founding of Sardinia and its relation to the peopling of Europe, including examining fine-scale substructure, population size history, and signals of admixture. We find the population of the mountainous Gennargentu region shows elevated genetic isolation with higher levels of ancestry associated with mainland Neolithic farmers and depleted ancestry associated with more recent Bronze Age Steppe migrations on the mainland. Notably, the Gennargentu region also has elevated levels of pre-Neolithic hunter-gatherer ancestry and increased affinity to Basque populations. Further, allele sharing with pre-Neolithic and Neolithic mainland populations is larger on the X chromosome compared to the autosome, providing evidence for a sex-biased demographic history in Sardinia. These results give new insight to the demography of ancestral Sardinians and help further the understanding of sharing of disease risk alleles between Sardinia and mainland populations.

Identifying functional non-coding variants can enhance genome interpretation and inform novel genetic risk factors. We used whole genomes and peripheral white blood cell transcriptomes from 624 Sardinian individuals to identify non-coding variants that contribute to population, family, and individual differences in transcript abundance. We identified 21,183 independent expression quantitative trait loci (eQTLs) and 6,768 independent splicing quantitative trait loci (sQTLs) influencing 73 and 41% of all tested genes. When we compared Sardinian eQTLs to those previously identified in Europe, we identified differentiated eQTLs at genes involved in malarial resistance and multiple sclerosis, reflecting the long-term epidemiological history of the island's population. Taking advantage of pedigree data for the population sample, we identify segregating patterns of outlier gene expression and allelic imbalance in 61 Sardinian trios. We identified 809 expression outliers (median z-score of 2.97) averaging 13.3 genes with outlier expression per individual. We then connected these outlier expression events to rare non-coding variants. Our results provide new insight into the effects of non-coding variants and their relationship to population history, traits and individual genetic risk.