Abstract The adoption of agriculture, first documented ∼12,000 years ago in the Fertile Crescent, triggered a rapid shift toward starch-rich diets in human populations. Amylase genes facilitate starch digestion and increased salivary amylase copy number has been observed in some modern human populations with high starch intake, though evidence of recent selection is lacking. Here, using 52 long-read diploid assemblies and short read data from ∼5,600 contemporary and ancient humans, we resolve the diversity, evolutionary history, and selective impact of structural variation at the amylase locus. We find that both salivary and pancreatic amylase genes have higher copy numbers in populations with agricultural subsistence compared to fishing, hunting, and pastoral groups. We identify 28 distinct amylase structural architectures and demonstrate that identical structures have arisen independently multiple times throughout recent human history. Using a pangenome graph-based approach to infer structural haplotypes across thousands of humans, we identify extensively duplicated haplotypes present at higher frequencies in modern agricultural populations. Leveraging 534 ancient human genomes we find that duplication-containing haplotypes have increased in frequency more than seven-fold over the last 12,000 years providing evidence for recent selection in Eurasians at this locus comparable in magnitude to that at lactase. Together, our study highlights the strong impact of the agricultural revolution on human genomes and the importance of long-read sequencing in identifying signatures of selection at structurally complex loci.

Summary The geographical location and shape of Apulia, a narrow land stretching out in the sea at the South of Italy, made this region a Mediterranean crossroads connecting Western Europe and the Balkans. Such movements culminated at the beginning of the Iron Age with the Iapygian civilization which consisted of three cultures: Peucetians, Messapians and Daunians. Among them, the Daunians left a peculiar cultural heritage, with one-of-a-kind stelae and pottery, but, despite the extensive archaeological literature, their origin has been lost to time. In order to shed light on this and to provide a genetic picture of Iron Age Southern Italy, we collected and sequenced human remains from three archaeological sites geographically located in Northern Apulia (the area historically inhabited by Daunians) and radiocarbon dated between 1157 and 275 calBCE. We find that Iron Age Apulian samples are still distant from the genetic variability of modern-day Apulians, they show a remarkable genetic heterogeneity, even though a few kilometers and centuries separate them, and they are well inserted into the Iron Age Pan-Mediterranean genetic landscape. Our study provides for the first time a window on the genetic make-up of pre-imperial Southern Italy, whose increasing connectivity within the Mediterranean landscape, would have contributed to laying the foundation for modern genetic variability. In this light, the genetic profile of Daunians may be compatible with an autochthonous origin, with plausible contributions from the Balkan peninsula.

SUMMARY The recently enriched genomic history of Indigenous groups in the Americas is still meagre concerning continental Central America. Here, we report ten pre-Hispanic (plus two early colonial) genomes and 84 genome-wide profiles from seven groups presently living in Panama. Our analyses reveal that pre-Hispanic demographic changes and isolation events contributed to create the extensive genetic structure currently seen in the area, which is also characterized by a distinctive Isthmo-Colombian Indigenous component. This component drives these populations on a specific variability axis and derives from the local admixture of different ancestries of northern North American origin(s). Two of these ancestries were differentially associated to Pleistocene Indigenous groups that also moved into South America leaving heterogenous footprints. An additional Pleistocene ancestry was brought by UPopI, a still unsampled population that remained restricted to the Isthmian area, expanded locally during the early Holocene, and left genomic traces up to the present.

Abstract The adoption of agriculture triggered a rapid shift towards starch-rich diets in human populations 1 . Amylase genes facilitate starch digestion, and increased amylase copy number has been observed in some modern human populations with high-starch intake 2 , although evidence of recent selection is lacking 3,4 . Here, using 94 long-read haplotype-resolved assemblies and short-read data from approximately 5,600 contemporary and ancient humans, we resolve the diversity and evolutionary history of structural variation at the amylase locus. We find that amylase genes have higher copy numbers in agricultural populations than in fishing, hunting and pastoral populations. We identify 28 distinct amylase structural architectures and demonstrate that nearly identical structures have arisen recurrently on different haplotype backgrounds throughout recent human history. AMY1 and AMY2A genes each underwent multiple duplication/deletion events with mutation rates up to more than 10,000-fold the single-nucleotide polymorphism mutation rate, whereas AMY2B gene duplications share a single origin. Using a pangenome-based approach, we infer structural haplotypes across thousands of humans identifying extensively duplicated haplotypes at higher frequency in modern agricultural populations. Leveraging 533 ancient human genomes, we find that duplication-containing haplotypes (with more gene copies than the ancestral haplotype) have rapidly increased in frequency over the past 12,000 years in West Eurasians, suggestive of positive selection. Together, our study highlights the potential effects of the agricultural revolution on human genomes and the importance of structural variation in human adaptation.

Abstract Southern Italy was characterised by a complex prehistory that started with different Palaeolithic cultures, later followed by the Neolithic transition and the demic dispersal from the Pontic-Caspian Steppe during the Bronze Age. Archaeological and historical evidence points to demic and cultural influences between Southern Italians and the Balkans, starting with the initial Palaeolithic occupation until historical and modern times. To shed light on the dynamics of these contacts, we analysed a genome-wide SNP dataset of more than 700 individuals from the South Mediterranean area (102 from Southern Italy), combined with ancient DNA from neighbouring areas. Our findings revealed high affinities of South-Eastern Italians with modern Eastern Peloponnesians, and a closer affinity of ancient Greek genomes with those from specific regions of South Italy than modern Greek genomes. The higher similarity could be associated with the presence of a Bronze Age component ultimately originating from the Caucasus and characterised by high frequencies of Iranian and Anatolian Neolithic ancestries. Furthermore, to reveal possible signals of natural selection, we looked for extremely differentiated allele frequencies among Northern and Southern Italy, uncovering putatively adapted SNPs in genes involved in alcohol metabolism, nevi features and immunological traits, such as ALDH2, NID1 and CBLB .

Abstract Arabian Peninsula is strategic for investigations centred on the structuring of the modern human population in the three main groups, in the awake of the out-of-Africa migration. Despite the poor climatic conditions for recovery of ancient DNA human evidence in Arabia, the availability of genomic data from neighbouring ancient specimens and of informative statistical tools allow better modelling the ancestry of these populations. We applied this approach to a dataset of 741,000 variants screened in 291 Arabians and 78 Iranians, and obtained insightful evidence. The west-east axis was a strong forcer of population structure in the Peninsula, and, more importantly, there were clear continuums throughout time linking west Arabia with Levant, and east Arabia with Iran and Caucasus. East Arabians also displayed the highest levels of the basal Eurasian lineage of all tested modern-day populations, a signal that was maintained even after correcting for possible bias due to recent sub-Saharan African input in their genomes. Not surprisingly, east Arabians were also the ones with higher similarity with Iberomaurusians, who were so far the best proxy for the basal Eurasians amongst the known ancient specimens. The basal Eurasian lineage is the signature of ancient non-Africans that diverged from the common European-East Asian pool before 50 thousand years ago, and before the later interbred with Neanderthals. Our results are strong evidence to include the exposed basin of the Arabo-Persian Gulf as possible home of basal Eurasians, to be investigated further on namely by searching ancient Arabian human specimens.

Abstract The history of human populations has been strongly shaped by admixture events, contributing to the patterns of observed genetic diversity across populations. Given its significance for evolutionary and medical studies, many algorithms focusing on the inference of the genetic composition of admixed populations have been developed. In particular, the recent development of new ancestry estimation methods that consider the fragmentary nature of ancient genotype data, such as the f-statistics family and its derivations, have radically changed our understanding of the past. F-statistics capture similar genetic similarity information as Principal Component Analysis (PCA), which is widely used in population genetics to quantify genetic affinity between populations or individuals. In this study, we introduce ASAP (ASsessing ancestry proportions through Principal component Analysis) method that leverages PCA and Non-Negative Least Square (NNLS) to assess the ancestral compositions of admixed individuals given a large set of populations. We tested ASAP on different simulated models, incorporating high levels of missingness. Our results show its ability to reliably estimate ancestry across numerous scenarios, even those with a significant proportion of missing genotypes, in a fraction of the time required when using other tools. When harnessed on Eurasia’s genotype data, ASAP helped replicate and extend findings from previous studies proving to be a fast, efficient, and straightforward new ancestry estimation tool.

Abstract Breast cancer (BC) constitutes a major health problem worldwide, making it the most common malignancy in women. Current treatment options for BC depend primarily on histological type, molecular markers, clinical aggressiveness and stage of disease. Immunotherapy, such as anti-PD-1, have shown combinatorial clinical activity with chemotherapy in triple negative breast cancer (TNBC) delineating some therapeutic combinations as more effective than others. However, a clear overview of the main immune cell populations involved in these treatments has never been provided. Here, an assessment of the immune landscape in the tumour microenvironment (TME) of two TNBC mouse models (4T1 and EMT6 cell lines) has been performed using single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) technology. Specifically, immune cells were evaluated in untreated conditions and after being treated with chemotherapy or immunotherapy used as single agents or in combination. A decrease of regulatory T cells, compared to the untreated TME, was found in treatments with in vivo efficacy as well as γδ T cells, which have a pro-tumoral activity in mice. Focusing on Cd8 T cells, across all the conditions, a general increase of exhausted-like Cd8 T cells was confirmed in pre-clinical treatments with low efficacy; on the other hand, an opposite trend was found for the proliferative Cd8 T cells. Regarding macrophages, M2-like cells were found enriched in treatments with low efficacy while opposite behaviour was associated with M1-like macrophages. For both cell lines, similar proportions of B cells were detected with an increase of proliferative B cells in treatments that involved cisplatin in combination with anti-PD-1. The fine-scale characterization of the immune TME in this work can lead to new insights on the diagnosis and treatment of TNBC for a possible application at the clinical level.

European populations display low genetic diversity as the result of long term blending of the small number of ancient founding ancestries. However it is still unclear how the combination of ancient ancestries related to early European foragers, Neolithic farmers and Bronze Age nomadic pastoralists can fully explain genetic variation across Europe. Populations in natural crossroads like the Italian peninsula are expected to recapitulate the overall continental diversity, but to date have been systematically understudied. Here we characterised the ancestry profiles of modern-day Italian populations using a genome-wide dataset representative of modern and ancient samples from across Italy, Europe and the rest of the world. Italian genomes captured several ancient signatures, including a non-steppe related substantial ancestry contribution ultimately from the Caucasus. Differences in ancestry composition as the result of migration and admixture generated in Italy the largest degree of population structure detected so far in the continent and shaped the amount of Neanderthal DNA present in modern-day populations.

Despite being the fourth largest island in the Mediterranean basin, the genetic variation of Corsica has not been explored as exhaustively as Sardinia, which is situated only 11 km South. However, it is likely that the populations of the two islands shared, at least in part, similar demographic histories. Moreover, the relative small size of the Corsica may have caused genetic isolation, which, in turn, might be relevant under medical and translational perspectives. Here we analysed genome wide data of 16 Corsicans, and integrated with newly (33 individuals) and previously generated samples from West Eurasia and North Africa. Allele frequency, haplotype-based, and ancient genome analyses suggest that although Sardinia and Corsica may have witnessed similar isolation and migration events, the latter is genetically closer to populations from continental Europe, such as Northern and Central Italians.