Here we report the Simons Genome Diversity Project data set: high quality genomes from 300 individuals from 142 diverse populations. These genomes include at least 5.8 million base pairs that are not present in the human reference genome. Our analysis reveals key features of the landscape of human genome variation, including that the rate of accumulation of mutations has accelerated by about 5% in non-Africans compared to Africans since divergence. We show that the ancestors of some pairs of present-day human populations were substantially separated by 100,000 years ago, well before the archaeologically attested onset of behavioural modernity. We also demonstrate that indigenous Australians, New Guineans and Andamanese do not derive substantial ancestry from an early dispersal of modern humans; instead, their modern human ancestry is consistent with coming from the same source as that of other non-Africans. Deep whole-genome sequencing of 300 individuals from 142 diverse populations provides insights into key population genetic parameters, shows that all modern human ancestry outside of Africa including in Australasians is consistent with descending from a single founding population, and suggests a higher rate of accumulation of mutations in non-Africans compared to Africans since divergence. Three international collaborations reporting in this issue of Nature describe 787 high-quality genomes from individuals from geographically diverse populations. David Reich and colleagues analysed whole-genome sequences of 300 individuals from 142 populations. Their findings include an accelerated estimated rate of accumulation of mutations in non-Africans compared to Africans since divergence, and that indigenous Australians, New Guineans and Andamanese do not derive substantial ancestry from an early dispersal of modern humans but from the same source as that of other non-Africans. Eske Willerlsev and colleagues obtained whole-genome data for 83 Aboriginal Australians and 25 Papuans from the New Guinea Highlands. They estimate that Aboriginal Australians and Papuans diverged from Eurasian populations 51,000–72,000 years ago, following a single out-of-Africa dispersal. Luca Pagani et al. report on a dataset of 483 high-coverage human genomes from 148 populations worldwide, including 379 new genomes from 125 populations. Their analyses support the model by which all non-African populations derive most of their genetic ancestry from a single recent migration out of Africa, although a Papuan contribution suggests a trace of an earlier human expansion.

A sequencing study comparing ancient and contemporary genomes reveals that most present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations: west European hunter-gatherers, ancient north Eurasians (related to Upper Palaeolithic Siberians) and early European farmers of mainly Near Eastern origin. By sequencing and comparing the genomes of nine ancient Europeans that bridge the transition to agriculture in Europe between 8,000 and 7,000 years ago, David Reich and colleagues show that most present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations — west European hunter-gatherers, ancient north Eurasians (related to Upper Palaeolithic Siberians) and early European farmers of mainly Near Eastern origin. They further propose that early European farmers had about 44% ancestry from a 'basal Eurasian' population that split before the diversification of other non-African lineages. These results raise interesting new questions, for instance that of where and when the Near Eastern farmers mixed with European hunter-gatherers to produce the early European farmers. We sequenced the genomes of a ∼7,000-year-old farmer from Germany and eight ∼8,000-year-old hunter-gatherers from Luxembourg and Sweden. We analysed these and other ancient genomes1,2,3,4 with 2,345 contemporary humans to show that most present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations: west European hunter-gatherers, who contributed ancestry to all Europeans but not to Near Easterners; ancient north Eurasians related to Upper Palaeolithic Siberians3, who contributed to both Europeans and Near Easterners; and early European farmers, who were mainly of Near Eastern origin but also harboured west European hunter-gatherer related ancestry. We model these populations’ deep relationships and show that early European farmers had ∼44% ancestry from a ‘basal Eurasian’ population that split before the diversification of other non-African lineages.

Genome-wide association studies (GWAS) have laid the foundation for investigations into the biology of complex traits, drug development and clinical guidelines. However, the majority of discovery efforts are based on data from populations of European ancestry1–3. In light of the differential genetic architecture that is known to exist between populations, bias in representation can exacerbate existing disease and healthcare disparities. Critical variants may be missed if they have a low frequency or are completely absent in European populations, especially as the field shifts its attention towards rare variants, which are more likely to be population-specific4–10. Additionally, effect sizes and their derived risk prediction scores derived in one population may not accurately extrapolate to other populations11,12. Here we demonstrate the value of diverse, multi-ethnic participants in large-scale genomic studies. The Population Architecture using Genomics and Epidemiology (PAGE) study conducted a GWAS of 26 clinical and behavioural phenotypes in 49,839 non-European individuals. Using strategies tailored for analysis of multi-ethnic and admixed populations, we describe a framework for analysing diverse populations, identify 27 novel loci and 38 secondary signals at known loci, as well as replicate 1,444 GWAS catalogue associations across these traits. Our data show evidence of effect-size heterogeneity across ancestries for published GWAS associations, substantial benefits for fine-mapping using diverse cohorts and insights into clinical implications. In the United States—where minority populations have a disproportionately higher burden of chronic conditions13—the lack of representation of diverse populations in genetic research will result in inequitable access to precision medicine for those with the highest burden of disease. We strongly advocate for continued, large genome-wide efforts in diverse populations to maximize genetic discovery and reduce health disparities. Genetic analyses of ancestrally diverse populations show evidence of heterogeneity across ancestries and provide insights into clinical implications, highlighting the importance of including ancestrally diverse populations to maximize genetic discovery and reduce health disparities.

High-throughput sequencing technology enables population-level surveys of human genomic variation. Here, we examine the joint allele frequency distributions across continental human populations and present an approach for combining complementary aspects of whole-genome, low-coverage data and targeted high-coverage data. We apply this approach to data generated by the pilot phase of the Thousand Genomes Project, including whole-genome 2–4× coverage data for 179 samples from HapMap European, Asian, and African panels as well as high-coverage target sequencing of the exons of 800 genes from 697 individuals in seven populations. We use the site frequency spectra obtained from these data to infer demographic parameters for an Out-of-Africa model for populations of African, European, and Asian descent and to predict, by a jackknife-based approach, the amount of genetic diversity that will be discovered as sample sizes are increased. We predict that the number of discovered nonsynonymous coding variants will reach 100,000 in each population after ∼1,000 sequenced chromosomes per population, whereas ∼2,500 chromosomes will be needed for the same number of synonymous variants. Beyond this point, the number of segregating sites in the European and Asian panel populations is expected to overcome that of the African panel because of faster recent population growth. Overall, we find that the majority of human genomic variable sites are rare and exhibit little sharing among diverged populations. Our results emphasize that replication of disease association for specific rare genetic variants across diverged populations must overcome both reduced statistical power because of rarity and higher population divergence.

Africa is inferred to be the continent of origin for all modern human populations, but the details of human prehistory and evolution in Africa remain largely obscure owing to the complex histories of hundreds of distinct populations. We present data for more than 580,000 SNPs for several hunter-gatherer populations: the Hadza and Sandawe of Tanzania, and the ≠Khomani Bushmen of South Africa, including speakers of the nearly extinct N|u language. We find that African hunter-gatherer populations today remain highly differentiated, encompassing major components of variation that are not found in other African populations. Hunter-gatherer populations also tend to have the lowest levels of genome-wide linkage disequilibrium among 27 African populations. We analyzed geographic patterns of linkage disequilibrium and population differentiation, as measured by F(ST), in Africa. The observed patterns are consistent with an origin of modern humans in southern Africa rather than eastern Africa, as is generally assumed. Additionally, genetic variation in African hunter-gatherer populations has been significantly affected by interaction with farmers and herders over the past 5,000 y, through both severe population bottlenecks and sex-biased migration. However, African hunter-gatherer populations continue to maintain the highest levels of genetic diversity in the world.

The Tyrolean Iceman, a 5,300-year-old Copper age individual, was discovered in 1991 on the Tisenjoch Pass in the Italian part of the Ötztal Alps. Here we report the complete genome sequence of the Iceman and show 100% concordance between the previously reported mitochondrial genome sequence and the consensus sequence generated from our genomic data. We present indications for recent common ancestry between the Iceman and present-day inhabitants of the Tyrrhenian Sea, that the Iceman probably had brown eyes, belonged to blood group O and was lactose intolerant. His genetic predisposition shows an increased risk for coronary heart disease and may have contributed to the development of previously reported vascular calcifications. Sequences corresponding to ∼60% of the genome of Borrelia burgdorferi are indicative of the earliest human case of infection with the pathogen for Lyme borreliosis. The Tyrolean Iceman is 5,300 years old and his mitochondrial genome has been previously sequenced. This study reports the full genome sequence of the Iceman and reveals that he probably had brown eyes, was at risk for coronary disease and may have been infected with the pathogen Lyme borreliosis.

We challenge the view that our species, Homo sapiens, evolved within a single population and/or region of Africa. The chronology and physical diversity of Pleistocene human fossils suggest that morphologically varied populations pertaining to the H. sapiens clade lived throughout Africa. Similarly, the African archaeological record demonstrates the polycentric origin and persistence of regionally distinct Pleistocene material culture in a variety of paleoecological settings. Genetic studies also indicate that present-day population structure within Africa extends to deep times, paralleling a paleoenvironmental record of shifting and fractured habitable zones. We argue that these fields support an emerging view of a highly structured African prehistory that should be considered in human evolutionary inferences, prompting new interpretations, questions, and interdisciplinary research directions.

Genetic and paleoanthropological evidence is in accord that today’s human population is the result of a great demic (demographic and geographic) expansion that began approximately 45,000 to 60,000 y ago in Africa and rapidly resulted in human occupation of almost all of the Earth’s habitable regions. Genomic data from contemporary humans suggest that this expansion was accompanied by a continuous loss of genetic diversity, a result of what is called the “serial founder effect.” In addition to genomic data, the serial founder effect model is now supported by the genetics of human parasites, morphology, and linguistics. This particular population history gave rise to the two defining features of genetic variation in humans: genomes from the substructured populations of Africa retain an exceptional number of unique variants, and there is a dramatic reduction in genetic diversity within populations living outside of Africa. These two patterns are relevant for medical genetic studies mapping genotypes to phenotypes and for inferring the power of natural selection in human history. It should be appreciated that the initial expansion and subsequent serial founder effect were determined by demographic and sociocultural factors associated with hunter-gatherer populations. How do we reconcile this major demic expansion with the population stability that followed for thousands years until the inventions of agriculture? We review advances in understanding the genetic diversity within Africa and the great human expansion out of Africa and offer hypotheses that can help to establish a more synthetic view of modern human evolution.

Duplications and deletions in the human genome Duplications and deletions can lead to variation in copy number for genes and genomic loci among humans. Such variants can reveal evolutionary patterns and have implications for human health. Sudmant et al. examined copy-number variation across 236 individual genomes from 125 human populations. Deletions were under more selection, whereas duplications showed more population-specific structure. Interestingly, Oceanic populations retain large duplications postulated to have originated in an ancient Denisovan lineage. Science , this issue 10.1126/science.aab3761

North African populations are distinct from sub-Saharan Africans based on cultural, linguistic, and phenotypic attributes; however, the time and the extent of genetic divergence between populations north and south of the Sahara remain poorly understood. Here, we interrogate the multilayered history of North Africa by characterizing the effect of hypothesized migrations from the Near East, Europe, and sub-Saharan Africa on current genetic diversity. We present dense, genome-wide SNP genotyping array data (730,000 sites) from seven North African populations, spanning from Egypt to Morocco, and one Spanish population. We identify a gradient of likely autochthonous Maghrebi ancestry that increases from east to west across northern Africa; this ancestry is likely derived from "back-to-Africa" gene flow more than 12,000 years ago (ya), prior to the Holocene. The indigenous North African ancestry is more frequent in populations with historical Berber ethnicity. In most North African populations we also see substantial shared ancestry with the Near East, and to a lesser extent sub-Saharan Africa and Europe. To estimate the time of migration from sub-Saharan populations into North Africa, we implement a maximum likelihood dating method based on the distribution of migrant tracts. In order to first identify migrant tracts, we assign local ancestry to haplotypes using a novel, principal component-based analysis of three ancestral populations. We estimate that a migration of western African origin into Morocco began about 40 generations ago (approximately 1,200 ya); a migration of individuals with Nilotic ancestry into Egypt occurred about 25 generations ago (approximately 750 ya). Our genomic data reveal an extraordinarily complex history of migrations, involving at least five ancestral populations, into North Africa.