Here we present a draft genome sequence of the common chimpanzee (Pan troglodytes). Through comparison with the human genome, we have generated a largely complete catalogue of the genetic differences that have accumulated since the human and chimpanzee species diverged from our common ancestor, constituting approximately thirty-five million single-nucleotide changes, five million insertion/deletion events, and various chromosomal rearrangements. We use this catalogue to explore the magnitude and regional variation of mutational forces shaping these two genomes, and the strength of positive and negative selection acting on their genes. In particular, we find that the patterns of evolution in human and chimpanzee protein-coding genes are highly correlated and dominated by the fixation of neutral and slightly deleterious alleles. We also use the chimpanzee genome as an outgroup to investigate human population genetics and identify signatures of selective sweeps in recent human evolution.

We present a high-quality genome sequence of a Neanderthal woman from Siberia. We show that her parents were related at the level of half-siblings and that mating among close relatives was common among her recent ancestors. We also sequenced the genome of a Neanderthal from the Caucasus to low coverage. An analysis of the relationships and population history of available archaic genomes and 25 present-day human genomes shows that several gene flow events occurred among Neanderthals, Denisovans and early modern humans, possibly including gene flow into Denisovans from an unknown archaic group. Thus, interbreeding, albeit of low magnitude, occurred among many hominin groups in the Late Pleistocene. In addition, the high-quality Neanderthal genome allows us to establish a definitive list of substitutions that became fixed in modern humans after their separation from the ancestors of Neanderthals and Denisovans. A complete genome sequence is presented of a female Neanderthal from Siberia, providing information about interbreeding between close relatives and uncovering gene flow events among Neanderthals, Denisovans and early modern humans, as well as establishing substitutions that became fixed in modern humans after their separation from the ancestors of Neanderthals and Denisovans. Recent excavations in the Denisova Cave in the Altai Mountains of southern Siberia have yielded a wealth of hominin fossils from a site that has been occupied for perhaps 250,000 years or more. Now a high-quality genome sequence has been determined from a circa 50,000-year-old toe bone — a proximal toe phalanx — excavated from the east gallery of Denisova Cave in 2010. The sequence is that of a Neanderthal woman whose parents were closely related — perhaps half-siblings or uncle and niece. Such inbreeding was also common among her recent ancestors. Comparisons with other archaic and present-day human genomes reveal several gene-flow events among Neanderthals, the closely related Denisovans and early modern humans, possibly including gene flow into Denisovans from an unknown archaic group. The high-quality Neanderthal genome also helps to establish a definitive list of substitutions that became fixed in modern humans after their separation from the ancestors of Neanderthals and Denisovans.

Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) offers new possibilities to address biological and medical questions. However, systematic comparisons of the performance of diverse scRNA-seq protocols are lacking. We generated data from 583 mouse embryonic stem cells to evaluate six prominent scRNA-seq methods: CEL-seq2, Drop-seq, MARS-seq, SCRB-seq, Smart-seq, and Smart-seq2. While Smart-seq2 detected the most genes per cell and across cells, CEL-seq2, Drop-seq, MARS-seq, and SCRB-seq quantified mRNA levels with less amplification noise due to the use of unique molecular identifiers (UMIs). Power simulations at different sequencing depths showed that Drop-seq is more cost-efficient for transcriptome quantification of large numbers of cells, while MARS-seq, SCRB-seq, and Smart-seq2 are more efficient when analyzing fewer cells. Our quantitative comparison offers the basis for an informed choice among six prominent scRNA-seq methods, and it provides a framework for benchmarking further improvements of scRNA-seq protocols.

Here we present the first diploid genome sequence of an Asian individual. The genome was sequenced to 36-fold average coverage using massively parallel sequencing technology. We aligned the short reads onto the NCBI human reference genome to 99.97% coverage, and guided by the reference genome, we used uniquely mapped reads to assemble a high-quality consensus sequence for 92% of the Asian individual’s genome. We identified approximately 3 million single-nucleotide polymorphisms (SNPs) inside this region, of which 13.6% were not in the dbSNP database. Genotyping analysis showed that SNP identification had high accuracy and consistency, indicating the high sequence quality of this assembly. We also carried out heterozygote phasing and haplotype prediction against HapMap CHB and JPT haplotypes (Chinese and Japanese, respectively), sequence comparison with the two available individual genomes (J. D. Watson and J. C. Venter), and structural variation identification. These variations were considered for their potential biological impact. Our sequence data and analyses demonstrate the potential usefulness of next-generation sequencing technologies for personal genomics. The power of the latest massively parallel synthetic DNA sequencing technologies is demonstrated in two major collaborations that shed light on the nature of genomic variation with ethnicity. The first describes the genomic characterization of an individual from the Yoruba ethnic group of west Africa. The second reports a personal genome of a Han Chinese, the group comprising 30% of the world's population. These new resources can now be used in conjunction with the Venter, Watson and NIH reference sequences. A separate study looked at genetic ethnicity on the continental scale, based on data from 1,387 individuals from more than 30 European countries. Overall there was little genetic variation between countries, but the differences that do exist correspond closely to the geographic map. Statistical analysis of the genome data places 50% of the individuals within 310 km of their reported origin. As well as its relevance for testing genetic ancestry, this work has implications for evaluating genome-wide association studies that link genes with diseases.

The determination of the chimpanzee genome sequence provides a means to study both structural and functional aspects of the evolution of the human genome. Here we compare humans and chimpanzees with respect to differences in expression levels and protein-coding sequences for genes active in brain, heart, liver, kidney, and testis. We find that the patterns of differences in gene expression and gene sequences are markedly similar. In particular, there is a gradation of selective constraints among the tissues so that the brain shows the least differences between the species whereas liver shows the most. Furthermore, expression levels as well as amino acid sequences of genes active in more tissues have diverged less between the species than have genes active in fewer tissues. In general, these patterns are consistent with a model of neutral evolution with negative selection. However, for X-chromosomal genes expressed in testis, patterns suggestive of positive selection on sequence changes as well as expression changes are seen. Furthermore, although genes expressed in the brain have changed less than have genes expressed in other tissues, in agreement with previous work we find that genes active in brain have accumulated more changes on the human than on the chimpanzee lineage.

Sequencing of the bonobo genome shows that more than three per cent of the human genome is more closely related to either the bonobo genome or the chimpanzee genome than those genomes are to each other. The chimpanzee and the bonobo are our species' two closest living relatives. This paper reports the genome sequence of the bonobo, the last ape to be sequenced. Comparative genomic analyses reveal that more than 3% of the human genome is more closely related to either the bonobo or the chimpanzee genome than these are to each other. The results shed light on the ancestry of the two ape species and might eventually help us to understand the genetic basis of phenotypes that humans share with one or the other ape species. Two African apes are the closest living relatives of humans: the chimpanzee (Pan troglodytes) and the bonobo (Pan paniscus). Although they are similar in many respects, bonobos and chimpanzees differ strikingly in key social and sexual behaviours1,2,3,4, and for some of these traits they show more similarity with humans than with each other. Here we report the sequencing and assembly of the bonobo genome to study its evolutionary relationship with the chimpanzee and human genomes. We find that more than three per cent of the human genome is more closely related to either the bonobo or the chimpanzee genome than these are to each other. These regions allow various aspects of the ancestry of the two ape species to be reconstructed. In addition, many of the regions that overlap genes may eventually help us understand the genetic basis of phenotypes that humans share with one of the two apes to the exclusion of the other.

Magnus Nordborg and colleagues report sequencing of 180 Arabidopsis thaliana lines from Sweden. They characterize patterns of genetic variation and selection and provide a population resource that will be useful for association studies. Despite advances in sequencing, the goal of obtaining a comprehensive view of genetic variation in populations is still far from reached. We sequenced 180 lines of A. thaliana from Sweden to obtain as complete a picture as possible of variation in a single region. Whereas simple polymorphisms in the unique portion of the genome are readily identified, other polymorphisms are not. The massive variation in genome size identified by flow cytometry seems largely to be due to 45S rDNA copy number variation, with lines from northern Sweden having particularly large numbers of copies. Strong selection is evident in the form of long-range linkage disequilibrium (LD), as well as in LD between nearby compensatory mutations. Many footprints of selective sweeps were found in lines from northern Sweden, and a massive global sweep was shown to have involved a 700-kb transposition.

The Taming of the Silkworm Silkworms, Bombyx mori , represent one of the few domesticated insects, having been domesticated over 10,000 years ago. Xia et al. (p. 433 , published online 27 August) sequenced 29 domestic and 11 wild silkworm lines and identified genes that were most likely to be selected during domestication. These genes represent those that enhance silk production, reproduction, and growth. Furthermore, silkworms were probably only domesticated once from a large progenitor population, rather than on multiple occasions, as has been observed for other domesticated animals.

Single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) experiments typically analyze hundreds or thousands of cells after amplification of the cDNA. The high throughput is made possible by the early introduction of sample-specific bar codes (BCs), and the amplification bias is alleviated by unique molecular identifiers (UMIs). Thus, the ideal analysis pipeline for scRNA-seq data needs to efficiently tabulate reads according to both BC and UMI. zUMIs is a pipeline that can handle both known and random BCs and also efficiently collapse UMIs, either just for exon mapping reads or for both exon and intron mapping reads. If BC annotation is missing, zUMIs can accurately detect intact cells from the distribution of sequencing reads. Another unique feature of zUMIs is the adaptive downsampling function that facilitates dealing with hugely varying library sizes but also allows the user to evaluate whether the library has been sequenced to saturation. To illustrate the utility of zUMIs, we analyzed a single-nucleus RNA-seq dataset and show that more than 35% of all reads map to introns. Also, we show that these intronic reads are informative about expression levels, significantly increasing the number of detected genes and improving the cluster resolution. zUMIs flexibility makes if possible to accommodate data generated with any of the major scRNA-seq protocols that use BCs and UMIs and is the most feature-rich, fast, and user-friendly pipeline to process such scRNA-seq data.