Starch consumption is a prominent characteristic of agricultural societies and hunter-gatherers in arid environments. In contrast, rainforest and circum-arctic hunter-gatherers and some pastoralists consume much less starch1,2,3. This behavioral variation raises the possibility that different selective pressures have acted on amylase, the enzyme responsible for starch hydrolysis4. We found that copy number of the salivary amylase gene (AMY1) is correlated positively with salivary amylase protein level and that individuals from populations with high-starch diets have, on average, more AMY1 copies than those with traditionally low-starch diets. Comparisons with other loci in a subset of these populations suggest that the extent of AMY1 copy number differentiation is highly unusual. This example of positive selection on a copy number–variable gene is, to our knowledge, one of the first discovered in the human genome. Higher AMY1 copy numbers and protein levels probably improve the digestion of starchy foods and may buffer against the fitness-reducing effects of intestinal disease.

DNA was extracted from the Neandertal-type specimen found in 1856 in western Germany. By sequencing clones from short overlapping PCR products, a hitherto unknown mitochondrial (mt) DNA sequence was determined. Multiple controls indicate that this sequence is endogenous to the fossil. Sequence comparisons with human mtDNA sequences, as well as phylogenetic analyses, show that the Neandertal sequence falls outside the variation of modern humans. Furthermore, the age of the common ancestor of the Neandertal and modern human mtDNAs is estimated to be four times greater than that of the common ancestor of human mtDNAs. This suggests that Neandertals went extinct without contributing mtDNA to modern humans.

Modern strains of Mycobacterium tuberculosis from the Americas are closely related to those from Europe, supporting the assumption that human tuberculosis was introduced post-contact. This notion, however, is incompatible with archaeological evidence of pre-contact tuberculosis in the New World. Comparative genomics of modern isolates suggests that M. tuberculosis attained its worldwide distribution following human dispersals out of Africa during the Pleistocene epoch, although this has yet to be confirmed with ancient calibration points. Here we present three 1,000-year-old mycobacterial genomes from Peruvian human skeletons, revealing that a member of the M. tuberculosis complex caused human disease before contact. The ancient strains are distinct from known human-adapted forms and are most closely related to those adapted to seals and sea lions. Two independent dating approaches suggest a most recent common ancestor for the M. tuberculosis complex less than 6,000 years ago, which supports a Holocene dispersal of the disease. Our results implicate sea mammals as having played a role in transmitting the disease to humans across the ocean.

Summary Regulatory changes are broadly accepted as key drivers of phenotypic divergence. However, identifying regulatory changes that underlie human-specific traits has proven very challenging. Here, we use 63 DNA methylation maps of ancient and present-day humans, as well as of six chimpanzees, to detect differentially methylated regions that emerged in modern humans after the split from Neanderthals and Denisovans. We show that genes affecting the face and vocal tract went through particularly extensive methylation changes. Specifically, we identify widespread hypermethylation in a network of face- and voice-affecting genes ( SOX9 , ACAN , COL2A1 , NFIX and XYLT1 ). We propose that these repression patterns appeared after the split from Neanderthals and Denisovans, and that they might have played a key role in shaping the modern human face and vocal tract.

ABSTRACT The Brazilian buffy-tufted-ear marmoset ( Callithrix aurita ), one of the world’s most endangered primates, is threatened by anthropogenic hybridization with exotic, invasive marmoset species. As there are few genetic data available for C. aurita , we developed a PCR-free protocol with minimal technical requirements to rapidly generate genomic data with genomic skimming and portable nanopore sequencing. With this direct DNA sequencing approach, we successfully determined the complete mitogenome of a marmoset that we initially identified as C. aurita . The obtained nanopore-assembled sequence was highly concordant with a Sanger sequenced version of the same mitogenome. Phylogenetic analyses unexpectedly revealed that our specimen was a cryptic hybrid, with a C. aurita phenotype and C. penicillata mitogenome lineage. We also used publicly available mitogenome data to determine diversity estimates for C. aurita and three other marmoset species. Mitogenomics holds great potential to address deficiencies in genomic data for endangered, non-model species such as C. aurita . However, we discuss why mitogenomic approaches should be used in conjunction with other data for marmoset species identification. Finally, we discuss the utility and implications of our results and genomic skimming/nanopore approach for conservation and evolutionary studies of C. aurita and other marmosets.

The Turkana people inhabit arid regions of east Africa-where temperatures are high and water is scarce-and they practice subsistence pastoralism, such that their diet is primarily composed of animal products. Working with Turkana communities, we sequenced 367 genomes and identified 8 regions putatively involved in adaptation to water stress and pastoralism. One of these regions includes a putative enhancer for STC1-a kidney-expressed gene involved in the response to dehydration and the metabolism of purine-rich foods such as red meat. We show that STC1 is induced by antidiuretic hormone in humans, is associated with urea levels in the Turkana themselves, and is under strong selection in this population (s∼0.041). This work highlights that partnerships with subsistence-level groups can lead to new models of human physiology with biomedical relevance.

Abstract Callithrix marmosets are a relatively young primate radiation, whose phylogeny is not yet fully resolved. These primates are naturally para- and allopatric, but three species with highly invasive potential have been introduced into the southeastern Brazilian Atlantic Forest by the pet trade. There, these species hybridize with each other and endangered, native congeners. We aimed here to reconstruct a robust Callithrix phylogeny and divergence time estimates, and identify the biogeographic origins of autochthonous and allochthonous Callithrix mitogenome lineages. We sequenced 49 mitogenomes from four species ( C. aurita, C. geoffroyi, C. jacchus, C. penicillata ) and anthropogenic hybrids ( C. aurita x Callithrix sp., C. penicillata x C. jacchus, Callithrix sp. x Callithrix sp., C. penicillata x C. geoffroyi ) via Sanger and whole genome sequencing. We combined these data with previously published Callithrix mitogenomes to analyze five Callithrix species in total. Results We report the complete sequence and organization of the C. aurita mitogenome. Phylogenetic analyses showed that C. aurita was the first to diverge within Callithrix 3.54 million years ago (Ma), while C. jacchus and C. penicillata lineages diverged most recently 0.5 Ma as sister clades. MtDNA clades of C. aurita, C. geoffroyi , and C. penicillata show intraspecific geographic structure, but C. penicillata clades appear polyphyletic. Hybrids, which were identified by phenotype, possessed mainly C. penicillata or C. jacchus mtDNA haplotypes. The biogeographic origins of mtDNA haplotypes from hybrid and allochthonous Callithrix were broadly distributed across natural Callithrix ranges. Our phylogenetic results also evidence introgression of C. jacchus mtDNA into C. aurita . Conclusion Our robust Callithrix mitogenome phylogeny shows C. aurita lineages as basal and C. jacchus lineages among the most recent within Callithrix . We provide the first evidence that parental mtDNA lineages of anthropogenic hybrid and allochthonous marmosets are broadly distributed inside and outside of the Atlantic Forest. We also show evidence of cryptic hybridization between allochthonous Callithrix and autochthonous C. aurita . Our results encouragingly show that further development of genomic resources will allow to more clearly elucidate Callithrix evolutionary relationships and understand the dynamics of Callithrix anthropogenic introductions into the Brazilian Atlantic Forest.

The ability to generate genomic data from wild animal populations has the potential to give unprecedented insight into the population history and dynamics of species in their natural habitats. However, in the case of many species, it is impossible legally, ethically, or logistically to obtain tissues samples of high-quality necessary for genomic analyses. In this study we evaluate the success of multiple sources of genetic material (feces, urine, dentin, and dental calculus) and several capture methods (shotgun, whole-genome, exome) in generating genome-scale data in wild eastern chimpanzees ( Pan troglodytes schweinfurthii ) from Gombe National Park, Tanzania. We found that urine harbors significantly more host DNA than other sources, leading to broader and deeper coverage across the genome. Urine also exhibited a lower rate of allelic dropout. We found exome sequencing to be far more successful than both shotgun sequencing and whole-genome capture at generating usable data from low-quality samples such as feces and dental calculus. These results highlight urine as a promising and untapped source of DNA that can be noninvasively collected from wild populations of many species.

Microbiome studies show that host taxon, diet, and environment influence gut bacteria. However, these factors are rarely studied in animal hybrids and exudivores (which nutritionally exploit indigestible oligosaccharides). To investigate the effects of host taxon, hybridization, and environment on gut microbiota, we conducted 16S V4 ribosomal sequencing of the gut microbiome of marmosets (Callithrix), non-human primate (NHP) specialist exudivores that also hybridize. We sampled 59 wild, translocated, and captive pure and hybrid Callithrix, including endangered C. aurita. Gut microbiome diversity differed significantly between hybrids and non-hybrids, but host environment had the strongest overall effect on the gut microbiome. Captive marmosets showed relatively reduced gut microbiome diversity. Wild Callithrix had the highest relative abundance of Bifidobacterium, which process host-indigestible carbohydrates, while captive marmosets had the highest relative abundance of Enterobacteriaceae, a family containing several pathogenic bacteria. The wild marmoset gut microbiome was enriched predictively for carbohydrate metabolism functions, while that of captive marmosets was enriched for nucleotide and amino acid metabolism function. Our findings show that carbohydrate metabolism is integral to the composition and function of the wild exudivore gut microbiome. Further, captivity perturbs the exudivore gut microbiome, raising implications for captive host health and endangered exudivore conservation.

Abstract Objective Epigenetic factors, such as DNA methylation, play an influential role in the development of the degenerative joint disease osteoarthritis (OA). These molecular mechanisms have been heavily studied in humans, and although OA affects several other animals in addition to humans, few efforts have taken an evolutionary perspective. This study explores the evolution of OA epigenetics by assessing the relationship between DNA methylation variation and knee OA development in baboons ( Papio spp .) and by comparing these findings to human OA epigenetic associations. Methods Genome-wide DNA methylation patterns were identified in bone and cartilage of the right distal femora from 56 pedigreed, adult baboons (28 with and 28 without knee OA) using the Illumina Infinium MethylationEPIC BeadChip. Results Several significantly differentially methylated positions (DMPs) and regions (DMRs) were found between tissue types. Substantial OA-related differential methylation was also identified in cartilage, but not in bone, suggesting that cartilage epigenetics may be more influential in OA than bone epigenetics. Additionally, some genes containing OA-related DMPs overlap with and display methylation patterns similar to those previously identified in human OA, revealing a mixture of evolutionarily conserved and divergent OA-related methylation patterns in primates. Conclusions Overall, these findings reinforce current etiological perspectives of OA and enhance our evolutionary understanding of epigenetic mechanisms associated with OA. This work further establishes baboons as a valuable nonhuman primate model of OA, and continued investigations in baboons will help to disentangle the molecular mechanisms contributing to OA and their evolutionary histories.