The human occupation history of Southeast Asia (SEA) remains heavily debated. Current evidence suggests that SEA was occupied by Hòabìnhian hunter-gatherers until ~4000 years ago, when farming economies developed and expanded, restricting foraging groups to remote habitats. Some argue that agricultural development was indigenous; others favor the "two-layer" hypothesis that posits a southward expansion of farmers giving rise to present-day Southeast Asian genetic diversity. By sequencing 26 ancient human genomes (25 from SEA, 1 Japanese Jōmon), we show that neither interpretation fits the complexity of Southeast Asian history: Both Hòabìnhian hunter-gatherers and East Asian farmers contributed to current Southeast Asian diversity, with further migrations affecting island SEA and Vietnam. Our results help resolve one of the long-standing controversies in Southeast Asian prehistory.

Abstract Many organisms exhibit phenotypic plasticity that changes their traits in response to their environment. Whether or not this plasticity contributes to adaptive evolution is a fundamental question in evolutionary biology because various studies report that natural populations adapt to rapid environmental changes via plasticity, which often “triggers” novel adaptive traits. While such alternative phenotypes could be induced by nongenetic perturbations that include gene expression noise or epigenetic modification caused by environmental change, it remains unknown what molecular mechanism genetically fix the alternative phenotypes as adaptive traits passed into the next generation. Here we show that a decrease in methylated CpG sites leads to loss of plasticity, which triggers genetic fixation of novel traits, in medaka fish ( Oryzias latipes ). We found that the gut length was correlated with the number of methylated CpG sites upstream of the Plxnb3 gene. The medaka, in which the methylated DNA region is deleted by CRISPR/Cas9, showed a loss of plasticity in gut length. Moreover, standing variation in the promoter region of another gene, Ppp3r1 , made a longer gut stably in wild medaka groups that lost the gut-length plasticity. Furthermore, our phylogenetic analysis revealed the timing of these evolutionary events, indicating that the loss of phenotypic plasticity by nucleotide substitutions initiates the process of genetic fixation of the novel trait. That is, while phenotypic plasticity plays a role as a buffer of evolution and contributes to environmental adaptation, as previously thought, our molecular data suggest that mutation on CpG site causing the loss of phenotypic plasticity, is the trigger for a generation of novel traits.

Several cases that do not fit the agricultural adaptation model, in which people's health deteriorated with the shift from hunting-gathering to farming, have been reported, such as the introduction of rice agriculture during the Yayoi Period in Japan and the Iron Age in Southeast Asia, where health was maintained or improved. However, the health of rice farmers in the homeland areas has rarely been reported. This study aims to clarify the frequency and degree of stress markers inscribed on Neolithic human bones in the Yangtze River Delta, one of the origins of rice agriculture, and to elucidate the state of adaptation when humans first engaged in rice agriculture. The materials of this study are the Early Neolithic site of Majiabang, and the Late Neolithic sites of Guangfulin and Jiangzhuang. Several millet farming groups in northern China were used as comparative materials. The results show that the Neolithic rice farming groups in the Yangtze River Delta generally had a higher frequency of stress markers than the millet farming groups in northern China. In particular, the Late Neolithic Guangfulin assemblage had higher frequencies, while the Early Neolithic Majiabang assemblage tended to have relatively low frequencies of porotic hyperostosis and cribra orbitalia. These results suggest that people's health deteriorated in the Late Neolithic period, when the scale of paddy rice cultivation expanded, as a result of the new subsistence activities and rice-oriented diet.

Abstract Copan was a major capital at the southeasternmost of the Maya civilization, serving as a crossroads connecting Central and South America. In 426/427 CE, the city witnessed the establishment of a royal dynasty, which endured for approximately 400 years. Despite extensive historical and archaeological records, there remains limited information regarding the genetic origins of people who resided in Copan. Here, we present seven Classic Copan genomes including an enigmatic dynastic ruler and his sacrificed companion. Our analysis identifies a high genetic affinity of the Classic Copan with present-day Maya. Both groups exhibit an admixture of Mesoamerican and South American Farmer (SAF) ancestry, with a shift in a dominant component from SAF to Mesoamerican. At the individual level, commoners show a more prominent SAF ancestry, while the royal individual demonstrates nearly equal contributions from two ancestors. These results highlight a dual ancestral structure in this geographic extreme of the Classic Maya state, uncovering a cline of Mesoamerican ancestry across individuals.

To analyze a specific genome region using next-generation sequencing technologies, the enrichment of DNA libraries with targeted capture methods has been standardized. For enrichment of mitochondrial genome, a previous study developed an original targeted capture method that use baits constructed from long-range polymerase chain reaction (PCR) amplicons, common laboratory reagents, and equipment. In this study, a new targeted capture method is presented, that of bacterial artificial chromosome (BAC) double capture (BDC), modifying the previous method, but using BAC libraries as baits for sequencing a relatively large gene. We applied the BDC approach for the 214 kb autosomal region, ring finger protein 213, which is the susceptibility gene of moyamoya disease (MMD). To evaluate the reliability of BDC, cost and data quality were compared with those of a commercial kit. While the ratio of duplicate reads was higher, the cost was less than that of the commercial kit. The data quality was sufficiently the same as that of the kit. Thus, BDC can be an easy, low-cost, and useful method for analyzing individual genome region with substantial length.

Previous genomic studies understanding the dispersal of Homo sapiens have suggested that present-day East Eurasians and Native Americans can trace their ancestry to migrations from Southeast Asia. However, ineluctable adaptations during the Last Glacial Maximum (LGM) remain unclear. By analyzing 42 genomes of up to 30-fold coverage from prehistoric hunter-gatherers, Jomon, we reveal their descent from Upper Paleolithic (UP) foragers who migrated to and isolated in the Japanese archipelago during Late Pleistocene. We provide compelling evidence suggesting that these UP people underwent positive selection for cold environments, aiding their survival through the LGM facilitated by non-shivering thermogenesis and detecting it polygenically across multiple loci in the Jomon lineage. Our study pioneers the close estimation of the physiological adaptation of ancient humans by the paleogenomic approach.

Background: The Eneolithic (~5,500 yrBP) site of Verteba Cave in Western Ukraine contains the largest collection of human skeletal remains associated with the archaeological Cucuteni-Tripolye Culture. Their subsistence economy is based largely on agro-pastoralism and had some of the largest and most dense settlement sites during the Middle Neolithic in all of Europe. To help understand the evolutionary history of the Tripolye people, we performed mtDNA analyses on ancient human remains excavated from several chambers within the cave. Results: Burials at Verteba Cave are largely commingled and secondary in nature. A total of 68 individual bone specimens were analyzed. Most of these specimens were found in association with well-defined Tripolye artifacts. We determined 28 mtDNA D-Loop (368 bp) sequences and defined 8 sequence types, belonging to haplogroups H, HV, W, K, and T. These results do not suggest continuity with local pre-Eneolithic peoples, but rather complete population replacement. We constructed maximum parsimonious networks from the data and generated population genetic statistics. Nucleotide diversity (π) is low among all sequence types and our network analysis indicates highly similar mtDNA sequence types for samples in chamber G3. Using different sample sizes due to the uncertainly in number of individuals (11, 28, or 15), we found Tajima's D statistic to vary. When all sequence types are included (11 or 28), we do not find a trend for demographic expansion (negative but not significantly different from zero); however, when only samples from Site 7 (peak occupation) are included, we find a significantly negative value, indicative of demographic expansion. Conclusions: Our results suggest individuals buried at Verteba Cave had overall low mtDNA diversity, most likely due to increased conflict among sedentary farmers and nomadic pastoralists to the East and North. Early Farmers tend to show demographic expansion. We find different signatures of demographic expansion for the Tripolye people that may be caused by existing population structure or the spatiotemporal nature of ancient data. Regardless, peoples of the Tripolye Culture are more closely related to early European farmers and lack genetic continuity with Mesolithic hunter-gatherers or pre-Eneolithic groups in Ukraine.

Anatomical modern humans reached East Asia by >40,000 years ago (kya). However, key questions still remain elusive with regard to the route(s) and the number of wave(s) in the dispersal into East Eurasia. Ancient genomes at the edge of East Eurasia may shed light on the detail picture of peopling to East Eurasia. Here, we analyze the whole-genome sequence of a 2.5 kya individual (IK002) characterized with a typical Jomon culture that started in the Japanese archipelago >16 kya. The phylogenetic analyses support multiple waves of migration, with IK002 forming a lineage basal to the rest of the ancient/present-day East Eurasians examined, likely to represent some of the earliest-wave migrants who went north toward East Asia from Southeast Asia. Furthermore, IK002 has the extra genetic affinity with the indigenous Taiwan aborigines, which may support a coastal route of the Jomon-ancestry migration from Southeast Asia to the Japanese archipelago. This study highlight the power of ancient genomics with the isolated population to provide new insights into complex history in East Eurasia.

Dog is the oldest domesticated animal that established close relationships with humans. Due to its ancient origin, when, where, and whether a single or dual domestication event occurred is still under debate. The dogs in the Jomon period (Jomon dogs) in the Japanese archipelago had little change in morphology from 10,000 to 3,000 years ago. Therefore, we expected that the ancient genome of the Jomon dogs would provide a clue to reveal the characteristics of the ancient East Asian dogs. Here, we have sequenced the genomes of three 6000-year-old Jomon dogs, one 3000-4000-year-old Jomon dog, and four late 8th century dogs excavated in Japan. Our analyses suggest that the Jomon dogs are a distinct lineage from the previously known ancient dogs and are one of the oldest among the dogs in East Eurasian lineages. In addition, the genome of the Jomon dogs contained 9.5% of the genome of Japanese wolf ancestry due to a single introgression event. We estimated the proportion of the Jomon dog lineage genome in the genomes of dogs, which indicates that the genomic composition derived from the Jomon dog lineage is one of the major sources of modern dog genomes. Furthermore, we estimated the early admixture events of dogs in East Eurasia by analyzing the ancient genomes of the Jomon dogs. Due to the admixture events, the Jomon dog-derived genome has been one of the genomic sources of a wide range of modern dogs.