Abstract As whole-genome sequencing (WGS) becomes the gold standard tool for studying population genomics and medical applications, data on diverse non-European and admixed individuals are still scarce. Here, we present a high-coverage WGS dataset of 1,171 highly admixed elderly Brazilians from a census-based cohort, providing over 76 million variants, of which ~2 million are absent from large public databases. WGS enabled identifying ~2,000 novel mobile element insertions, nearly 5Mb of genomic segments absent from human genome reference, and over 140 novel alleles from HLA genes. We reclassified and curated nearly four hundred variant's pathogenicity assertions in genes associated with dominantly inherited Mendelian disorders and calculated the incidence for selected recessive disorders, demonstrating the clinical usefulness of the present study. Finally, we observed that whole-genome and HLA imputation could be significantly improved compared to available datasets since rare variation represents the largest proportion of input from WGS. These results demonstrate that even smaller sample sizes of underrepresented populations bring relevant data for genomic studies, especially when exploring analyses allowed only by WGS.

Abstract Western South America was one of the worldwide cradles of civilization. The well known Inca Empire was the tip of the iceberg of a cultural and biological evolutionary process that started 14-11 thousand years ago. Genetic data from 18 Peruvian populations reveal that: (1) The between-population homogenization of the central-southern Andes and its differentiation with respect to Amazonian populations of similar latitudes do not extend northward. Instead, longitudinal gene flow between the northern coast of Peru, Andes and Amazonia accompanied cultural and socioeconomic interactions revealed by archeological studies. This pattern recapitulates the environmental and cultural differentiation between the fertile north, where altitudes are lower; and the arid south, where the Andes are higher, acting as a genetic barrier between the sharply different environments of the Andes and Amazonia (2). The genetic homogenization between the populations of the arid Andes is not only due to migration during the Inca Empire or the subsequent colonial period. It started at least during the earlier expansion of the pre-Inca Wari Empire (600-1000 YBP) (3) This demographic history allowed for cases of positive natural selection in the high and arid Andes vs. the low Amazon tropical forest: in the Andes, HAND2-AS1 (heart and neural crest derivatives expressed 2 antisense RNA1, related with cardiovascular function) and DUOX2 (dual oxidase 2, related to thyroid function and innate immunity) genes; in the Amazon, the gene encoding for the CD45 protein, essential for antigen recognition by T/B lymphocytes in viral-host interaction, consistent with the host-virus arms race hypothesis.

Abstract Peruvians are among the shortest people in the world. To understand the genetic basis of short stature in Peru, we examined an ethnically diverse group of Peruvians and identified a novel, population-specific, missense variant in FBN1 (E1297G) that is significantly associated with lower height in the Peruvian population. Each copy of the minor allele (frequency = 4.7%) reduces height by 2.2 cm (4.4 cm in homozygous individuals). This is the largest effect size known for a common height-associated variant. This variant shows strong evidence of positive selection within the Peruvian population and is significantly more frequent in Native American populations from coastal regions of Peru compared to populations from the Andes or the Amazon, suggesting that short stature in Peruvians is the result of adaptation to the coastal environment. One Sentence Summary A mutation found in Peruvians has the largest known effect on height for a common variant. This variant is specific to Native American ancestry.

Abstract Background We determined the frequency of genetic polymorphisms in three anti-TB drug metabolic proteins previously reported: N-acetyltransferase 2 (NAT2), cytochrome P450 2E1 (CYP2E1) and arylacetamide deacetylase (AADAC) within a Peruvian population in a cohort of TB patients. We included 395 participants completed their anti-tuberculosis treatment. Results ∼74% of the participants are carriers of slow metabolizer genotypes: NAT2*5, NAT2*6 and NAT2*7, which increase the sensitivity of INH at low doses and increase the risk of drug-induced liver injuries. ∼ 64% are homozygous for the wild-type CYP2E1*1A allele, which could increase the risk of hepatotoxicity. However, 16% had a NAT2 fast metabolizer phenotype which could increase the risk of acquiring resistance to INH, thereby increasing the risk of multidrug-resistant (MDR) or treatment failure. The frequency of rs1803155 (AADAC*2 allele) was higher (99.9%) in Peruvians than in in European American, African American, Japanese, and Korean populations. Conclusions This high prevalence of slow metabolizers for Isoniazid in the Peruvian population should be further studied and considered to help individualize drug regimens, especially in countries with a great genetic diversity like Peru. These data will help the Peruvian National Tuberculosis Control Program develop new strategies for therapies.

Abstract Native Americans from the Amazon, Andes, and coast regions of South America have a rich cultural heritage, but have been genetically understudied leading to gaps in our knowledge of their genomic architecture and demographic history. Here, we sequenced 150 high-coverage and genotyped 130 genomes from Native American and mestizo populations in Peru. A majority of our samples possess greater than 90% Native American ancestry and demographic modeling reveals, consistent with a rapid peopling model of the Americas, that most of Peru was peopled approximately 12,000 years ago. While the Native American populations possessed distinct ancestral divisions, the mestizo groups were admixtures of multiple Native American communities which occurred before and during the Inca Empire. The mestizo communities also show Spanish introgression only after Peruvian Independence. Thus, we present a detailed model of the evolutionary dynamics which impacted the genomes of modern day Peruvians.

ABSTRACT Background: Some genes associated with immune response have been elucidated in some Andean populations, which may explain part of the immune system adaptation and pathogen response in high-altitude residents. We performed differential expression analysis and mainly focused on genes with high fold-change between groups and those genes with differential expression related to the immune system. Methods: We performed a transcriptome analysis of Peruvian individuals, primarily from rural areas, with high genetic backgrounds from ancient indigenous people, exposed to different living altitudes (high vs low). We collected peripheral blood mononuclear cells (PBMC) from 62 volunteers and exposed them to bacterial lipopolysaccharide (LPS), Pam3CSK4 (a synthetic triacylated lipopeptide responsible for bacterial components), and R848 (an imidazoquinoline compound related to viral nucleic acids). Results: Differential expression analysis results and data integration analysis with immune system pathway data exhibit a set of 17 genes associated with the immune system, nine down-regulated genes ( ITGAX, CCL22, CSF1, CXCL8, IL12A, MMP9, CSF2, PTGS2, ENSG00000138685.17 ), and eight up-regulated genes ( HLA-DPB1, FN1, CD36, MMP2, HLA-DRB1, FCGR1A, CCL17, HLA-DRB5 ). These genes are notably enriched in antigen-presenting cells, such as dendritic cells and macrophages. Conclusion: The differential expression of immune system genes in native inhabitants with a prominent Andean genetic background highlights the active involvement of both the innate and adaptive immune systems. Remarkably, our study revealed a distinct gene expression signature in our population, setting it apart from other transcriptomic studies conducted thus far. AUTHOR SUMMARY Living in high-altitude regions poses several environmental challenges for humans, including reduced oxygen levels, increased exposure to ultraviolet radiation, cold temperatures, and altered responses to pathogens, among other factors. Here we show genomic and transcriptome analyses of blood cells in Peruvian individuals, primarily from rural areas, from indigenous populations. We previously showed a robust adaptation signals related to altitude in Peruvian and Bolivian populations, identifying a significant association with the DUOX2 gene, which plays a crucial role in maintaining homeostasis in thyroid hormone production, as well as influencing the innate immune system and inflammatory response. We now find that differential expression analysis exhibits a set of 17 genes associated with the immune system, nine down-regulated genes (ITGAX, CCL22, CSF1, CXCL8, IL12A, MMP9, CSF2, PTGS2, ENSG00000138685.17), and eight up-regulated genes (HLA-DPB1, FN1, CD36, MMP2, HLA-DRB1, FCGR1A, CCL17, HLA-DRB5). These results suggest a distinct gene expression signature in our population, setting it apart from other transcriptomic studies conducted thus far.

Admixed populations are a resource to study the global genetic architecture of complex phenotypes, which is critical, considering that non-European populations are severely under-represented in genomic studies. Leveraging admixture in Brazilians, whose chromosomes are mosaics of fragments of Native American, European and African origins, we used genome-wide data to perform admixture mapping/fine-mapping of Body Mass Index (BMI) in three population-based cohorts from Northeast (Salvador), Southeast (Bambuí) and South (Pelotas) of the country. We found significant associations with African-associated alleles in children from Salvador (PALD1 and ZMIZ1 genes), and in young adults from Pelotas (NOD2 and MTUS2 genes). More importantly, in Pelotas, rs114066381, mapped in a potential regulatory region, is significantly associated only in females (p= 2.76 e-06). This variant is very rare in Europeans but with frequencies of ~3% in West Africa, and has a strong female-specific effect (95%CI: 2.32-5.65 kg/m2 per each A allele). We confirmed this sex-specific association and replicated its strong effect for an adjusted fat-mass index in the same Pelotas cohort, and for BMI in another Brazilian cohort from São Paulo (Southeast Brazil). A meta-analysis confirmed the significant association. Remarkably, we observed that while the frequency of rs114066381-A allele ranges from 0.8 to 2.1% in the studied populations, it attains ~9% among morbidly obese women from Pelotas, São Paulo, and Bambuí. The effect size of rs114066381 is at least five-times the effect size of the FTO SNPs rs9939609 and rs1558902, already emblematic for their high effects, and for which we replicated associations in Pelotas. We demonstrate how, after a decade of GWAS mostly performed in European-ancestry populations, non-European and admixed populations are a source of new relevant phenotype-associated genetic variants.

Guillain-Barre Syndrome (GBS) is considered a complex disorder with significant environmental effect and genetic susceptibility. Genetic polymorphisms in CD1E, CD1A, IL-17 and/or ICAM-1 genes had been proposed as susceptibility genetic variants for GBS mainly in Caucasian population. This study explores the association between selected polymorphisms in these genes and GBS susceptibility in confirmed GBS cases reported in mestizo population from northern Peru during the most recent GBS outbreak of May 2018. A total of 9 non-related cases and 11 controls were sequenced for the polymorphic regions of CD1A, CD1E, IL-17 and ICAM-1 genes. We found a significant protective association between heterozygous GA genotype in ICAM-1 gene (241Gly / Arg) and GBS (p <0.047). IL-17 was monomorphic in both controls and patients. No significant differences were found in the frequency of SNPs in CD1A and CD1E between the group with GBS patients and healthy controls. Further studies with larger sample size will be required to validate these findings.

Background: The metabolic conversion of dietary omega-3 and omega-6 18 carbon (18C) to long chain (> 20 carbon) polyunsaturated fatty acids (LC-PUFAs) is vital for human life. Fatty acid desaturase (FADS) 1 and 2 catalyze the rate-limiting steps in the biosynthesis of LC-PUFAs. The FADS region contains two haplotypes; ancestral and derived, where the derived haplotypes are associated with more efficient LC-PUFA biosynthesis and is nearly fixed in Africa. In addition, Native American populations appear to be nearly fixed for the lesser efficient ancestral haplotype, which could be a public health problem due to associated low LC-PUFA levels, while Eurasia is polymorphic. This haplotype frequency distribution is suggestive of archaic re-introduction of the ancestral haplotype to non-African populations or ancient polymorphism with differential selection patterns across the globe. Therefore, we tested the FADS region for archaic introgression or ancient polymorphism. We specifically addressed the genetic architecture of the FADS region in Native American populations to better understand this potential public health impact. Results: We confirmed Native American ancestry is nearly fixed for the ancestral haplotype and is under positive selection. The ancestral haplotype frequency is also correlated to Siberian populations' geographic location further suggesting the ancestral haplotype's role in cold weather adaptation and leading to the high haplotype frequency within Native American populations'. We also find that the Neanderthal is more closely related to the derived haplotypes while the Denisovan clusters closer to the ancestral haplotypes. In addition, the derived haplotypes have a time to the most recent common ancestor of 688,474 years ago which is within the range of the modern-archaic hominin divergence. Conclusions: These results support an ancient polymorphism forming in the FADS gene region with differential selection pressures acting on the derived and ancestral haplotypes due to the old age of the derived haplotypes and the ancestral haplotype being under positive selection in Native American ancestry populations. Further, the near fixation of the less efficient ancestral haplotype in Native American ancestry suggests the need for future studies to explore the potential health risk of associated low LC-PUFA levels in Native American ancestry populations.

ABSTRACT Background The establishment of metagenomics seems a suitable approach to assess the abundance and diversity of antibiotic resistance genes (ARG) Methods Metagenomics study in a Peruvian city from the highlands, where samples were derived from sewage waters from two hospitals and the urban setting. DNA extraction was performed in 250 mL and then 16S rRNA gene amplification and shotgun sequencing were carried out. The bioinformatics pipeline was performed following recommendations for metagenomics analysis. Alpha diversity was evaluated with the Shannon and Simpson’s indices; whereas beta diversity was evaluated through the Bray-Curtis index, and using the principal coordinate analysis (PCoA) to explore and visualize the differences. Results We found a high abundance of bacteria related to resistance to beta-lactams, macrolides, aminoglycosides, fluoroquinolones, and tetracyclines. The urban sample did not differ significantly from the wastewater ARG presence from the hospitals in Huanuco. Conclusion Metagenomics analysis through sewage strategies seems to help to monitor the AMR to establish local public health policies, especially in cities or countries with limited resources to establish large projects conceiving the One Health approach.