Abstract The first telomere-to-telomere (T2T) human genome assembly (T2T-CHM13) release was a milestone in human genomics. The T2T-CHM13 genome assembly extends our understanding of telomeres, centromeres, segmental duplication, and other complex regions. The current human genome reference (GRCh38) has been widely used in various human genomic studies. However, the large-scale genomic differences between these two important genome assemblies are not characterized in detail yet. Here, we identify 590 discrepant regions (∼226 Mbp) in total. In addition to the previously reported ‘non-syntenic’ regions, we identify 67 additional large-scale discrepant regions and precisely categorize them into four structural types with a newly developed website tool (SynPlotter). The discrepant regions (∼20.4 Mbp) excluding telomeric and centromeric regions are highly structurally polymorphic in humans, where copy number variation are likely associated with various human disease and disease susceptibility, such as immune and neurodevelopmental disorders. The analyses of a newly identified discrepant region—the KLRC gene cluster—shows that the depletion of KLRC2 by a single deletion event is associated with natural killer cell differentiation in ∼20% of humans. Meanwhile, the rapid amino acid replacements within KLRC3 is consistent with the action of natural selection during primate evolution. Our study furthers our understanding of the large-scale structural variation differences between these two crucial human reference genomes and future interpretation of studies of human genetic variation.

ABSTRACT To better understand the pattern of primate genome structural variation, we sequenced and assembled using multiple long-read sequencing technologies the genomes of eight nonhuman primate species, including New World monkeys (owl monkey and marmoset), Old World monkey (macaque), Asian apes (orangutan and gibbon), and African ape lineages (gorilla, bonobo, and chimpanzee). Compared to the human genome, we identified 1,338,997 lineage-specific fixed structural variants (SVs) disrupting 1,561 protein-coding genes and 136,932 regulatory elements, including the most complete set of human-specific fixed differences. Across 50 million years of primate evolution, we estimate that 819.47 Mbp or ~27% of the genome has been affected by SVs based on analysis of these primate lineages. We identify 1,607 structurally divergent regions (SDRs) wherein recurrent structural variation contributes to creating SV hotspots where genes are recurrently lost ( CARDs , ABCD7 , OLAH ) and new lineage-specific genes are generated (e.g., CKAP2 , NEK5 ) and have become targets of rapid chromosomal diversification and positive selection (e.g., RGPDs ). High-fidelity long-read sequencing has made these dynamic regions of the genome accessible for sequence-level analyses within and between primate species for the first time.

Abstract Background The endothelial-to-hematopoietic transition (EHT) process during definitive hematopoiesis in vertebrate is highly conserved. Stage-specific expression of transposable elements (TEs) has been detected during zebrafish EHT and may promote hematopoietic stem cell formation by activating inflammatory signaling. However, little is known about how TEs contribute to the EHT process in human and mouse. Results We reconstructed the single-cell EHT trajectories of human and mouse, and resolved the dynamic expression patterns of TEs during EHT. Most TEs presented a transient co-upregulation pattern along the conserved EHT trajectories. Enhanced TE activation was tightly associated with the temporal relaxation of epigenetic silencing systems. TE products can be sensed by multiple pattern recognition receptors, triggering inflammatory signaling to facilitate the emergence of hematopoietic stem cells. Furthermore, we observed that hypoxia-related signals were enriched in cells with higher TE expression. Additionally, we constructed the hematopoietic cis-regulatory network of accessible TEs and identified potential enhancers derived by TEs, which may boost the expression of specific EHT marker genes. Conclusions Our study provides a systematic vision on how TEs are dynamically controlled to promote the hematopoietic fate decision through transcriptional and cis-regulatory networks, and pre-train the immunity of nascent hematopoietic stem cells.