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.

Evidence of human migrations over the past 4000 years is identified in existing genomes.

We sequenced genomes from a ~7,000 year old early farmer from Stuttgart in Germany, an ~8,000 year old hunter-gatherer from Luxembourg, and seven ~8,000 year old hunter-gatherers from southern Sweden. We analyzed these data together with other ancient genomes and 2,345 contemporary humans to show that the great majority of present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations: West European Hunter-Gatherers (WHG), who contributed ancestry to all Europeans but not to Near Easterners; Ancient North Eurasians (ANE), who were most closely related to Upper Paleolithic Siberians and contributed to both Europeans and Near Easterners; and Early European Farmers (EEF), who were mainly of Near Eastern origin but also harbored WHG-related ancestry. We model these populations' deep relationships and show that EEF had ~44% ancestry from a "Basal Eurasian" lineage that split prior to the diversification of all other non-African lineages.

Abstract Plasmodium falciparum invades human red blood cells by a series of interactions between host and parasite surface proteins. Here we analyse whole genome sequence data from worldwide human populations, including 765 new genomes from across sub-Saharan Africa, and identify a diverse array of large copy number variants affecting the host invasion receptor genes GYPA and GYPB . We find that a nearby reported association with severe malaria is explained by a complex structural variant that involves the loss of GYPB and gain of two hybrid genes, each with a GYPB extracellular domain and GYPA intracellular domain. This variant reduces the risk of severe malaria by 40% and has recently risen in frequency in parts of Kenya. We show that the structural variant encodes the Dantu blood group antigen, and therefore a serologically distinct red cell phenotype. These findings demonstrate that structural variation of red blood cell invasion receptors is associated with natural resistance to P. falciparum malaria.

Abstract Malaria in humans is largely caused by two divergent species of Plasmodium parasites, P. vivax and P. falciparum , both of which have driven the spread of protective alleles in human populations. Notably, an erythrocyte-specific Duffy null allele (Fy ES ) confers resistance to P. vivax malaria and has been identified as a target of strong, recent positive selection in multiple African admixed populations. Here, we evaluate evidence for selection via adaptive admixture in Oman, where compared to neighboring countries, P. vivax has recently been less common. Genetic ancestry inference using whole genome sequence data from 100 Omanis suggests 9.8% (95% CI: 7.3-12.2%) of their genetic ancestry is shared with east Africa. At the Duffy locus, we find a high frequency of Fy ES and an increase to 76% African ancestry. Comparing with blood group serology for the same individuals, we identify an additional Duffy-null allele that is rare but present across multiple Arabian Peninsula (AP) populations. Finally, we estimate the selection coefficient at Fy ES as 0.031 (95% CI: 0.029-0.034) with likely introduction at least 59 generations ago, older than estimates in other African admixed populations. Although we also observe higher frequency of some P. falciparum -protective alleles in Oman than in other AP populations, African ancestry is not enriched indicating a lack of evidence for adaptive admixture driven by P. falciparum selective pressure. Together, our analyses suggest that Oman’s long history with east African populations resulted in early introduction and selection for Duffy null alleles and may have influenced the prevalence of P. vivax in the region.

The characterization of the structure of southern Africa populations has been the subject of numerous genetic, medical, linguistic, archaeological and anthropological investigations. Current diversity in the subcontinent is the result of complex episodes of genetic admixture and cultural contact between the early inhabitants and the migrants that have arrived in the region over the last 2,000 years. Here we analyze 1,856 individuals from 91 populations, comprising novel and available genotype data to characterize the genetic ancestry profiles of 631 individuals from 51 southern African populations. Combining local ancestry and allele frequency analyses we identify a tripartite, ancient, Khoesan-related genetic structure, which correlates with geography, but not with linguistic affiliation or subsistence strategy. The fine mapping of these components in southern African populations reveals admixture dynamics and episodes of cultural reversion involving several Khoesan groups and highlights different mixtures of ancestral components in Bantu speakers and Coloured individuals.

Understanding patterns of genetic diversity is a crucial component of medical research in Africa. Here we use haplotype-based population genetics inference to describe gene-flow and admixture in a collection of 48 African groups with a focus on the major populations of the sub-Sahara. Our analysis presents a framework for interpreting haplotype diversity within and between population groups and provides a demographic foundation for genetic epidemiology in Africa. We show that coastal African populations have experienced an influx of Eurasian haplotypes as a series of admixture events over the last 7,000 years, and that Niger-Congo speaking groups from East and Southern Africa share ancestry with Central West Africans as a result of recent population expansions associated with the adoption of new agricultural technologies. We demonstrate that most sub-Saharan populations share ancestry with groups from outside of their current geographic region as a result of large-scale population movements over the last 4,000 years. Our in-depth analysis of admixture provides an insight into haplotype sharing across different geographic groups and the recent movement of alleles into new climatic and pathogenic environments, both of which will aid the interpretation of genetic studies of disease in sub-Saharan Africa.

ABSTRACT Genomic surveillance of Plasmodium falciparum malaria can provide policy-relevant information about antimalarial drug resistance, rapid diagnostic test failure, and the evolution of vaccine targets. Yet the large and low complexity genome of P. falciparum limits the scope of genomic surveillance, as whole-genome sequencing approaches are costly and targeted approaches are challenging to develop. Moreover, the majority of the morbidity and mortality caused by P. falciparum occurs in sub-Saharan Africa, where resource constraints can make implementing genomic surveillance difficult. Here, we demonstrate a flexible and cost-effective approach for targeted nanopore sequencing of P. falciparum to enable genomic surveillance of malaria in low-resource settings. We release open-source software that facilitates rapid and flexible design of amplicon sequencing panels for P. falciparum , coupled with a simple and cost-effective protocol that uses dried blood spots as input. We use this software to design two amplicon panels. The first, called NOMADS8, targets seven major antimalarial drug-resistance associated genes as well as the highly polymorphic gene msp2 . The second, NOMAD16, incorporates an additional eight genes including the vaccine target csp and genes coding for the antigens detected in rapid diagnostic tests, hrp2 and hrp3 . The panels generate reads between 3 to 4kbp that span the entire coding sequence of most target genes. We validate the panels and protocol on mock and field samples, demonstrating robust sequencing coverage across targets, high single-nucleotide polymorphism calling accuracy within coding sequences, and the ability to explore the within-sample diversity of mixed P. falciparum infections.

Gene-flow from an ancestrally differentiated group has been shown to be a powerful source of selectively advantageous variants. To understand whether recent gene-flow may have contributed to adaptation among humans in sub-Saharan Africa, we applied a novel method to identify deviations in ancestry inferred from genome-wide data in 48 populations. Among the signals of ancestry deviation that we find in the Fula, an historically pastoralist ethnic group from the Gambia, are the region that encodes the lactose persistence phenotype, LCT/MCM6, which has the highest proportion of Eurasian ancestry in the genome. The region with the lowest proportion of non-African ancestry is across DARC, which encodes the Duffy null phenotype and is protective for Plasmodium vivax malaria. In the Jola from the Gambia and a Khoesan speaking group from Namibia we find multiple regions with inferred ancestry deviation including the Major Histocompatibility Complex. Our analysis shows the potential for adaptive gene-flow in recent human history.