Here we report the Simons Genome Diversity Project data set: high quality genomes from 300 individuals from 142 diverse populations. These genomes include at least 5.8 million base pairs that are not present in the human reference genome. Our analysis reveals key features of the landscape of human genome variation, including that the rate of accumulation of mutations has accelerated by about 5% in non-Africans compared to Africans since divergence. We show that the ancestors of some pairs of present-day human populations were substantially separated by 100,000 years ago, well before the archaeologically attested onset of behavioural modernity. We also demonstrate that indigenous Australians, New Guineans and Andamanese do not derive substantial ancestry from an early dispersal of modern humans; instead, their modern human ancestry is consistent with coming from the same source as that of other non-Africans. Deep whole-genome sequencing of 300 individuals from 142 diverse populations provides insights into key population genetic parameters, shows that all modern human ancestry outside of Africa including in Australasians is consistent with descending from a single founding population, and suggests a higher rate of accumulation of mutations in non-Africans compared to Africans since divergence. Three international collaborations reporting in this issue of Nature describe 787 high-quality genomes from individuals from geographically diverse populations. David Reich and colleagues analysed whole-genome sequences of 300 individuals from 142 populations. Their findings include an accelerated estimated rate of accumulation of mutations in non-Africans compared to Africans since divergence, and that indigenous Australians, New Guineans and Andamanese do not derive substantial ancestry from an early dispersal of modern humans but from the same source as that of other non-Africans. Eske Willerlsev and colleagues obtained whole-genome data for 83 Aboriginal Australians and 25 Papuans from the New Guinea Highlands. They estimate that Aboriginal Australians and Papuans diverged from Eurasian populations 51,000–72,000 years ago, following a single out-of-Africa dispersal. Luca Pagani et al. report on a dataset of 483 high-coverage human genomes from 148 populations worldwide, including 379 new genomes from 125 populations. Their analyses support the model by which all non-African populations derive most of their genetic ancestry from a single recent migration out of Africa, although a Papuan contribution suggests a trace of an earlier human expansion.

A sequencing study comparing ancient and contemporary genomes reveals that most present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations: west European hunter-gatherers, ancient north Eurasians (related to Upper Palaeolithic Siberians) and early European farmers of mainly Near Eastern origin. By sequencing and comparing the genomes of nine ancient Europeans that bridge the transition to agriculture in Europe between 8,000 and 7,000 years ago, David Reich and colleagues show that most present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations — west European hunter-gatherers, ancient north Eurasians (related to Upper Palaeolithic Siberians) and early European farmers of mainly Near Eastern origin. They further propose that early European farmers had about 44% ancestry from a 'basal Eurasian' population that split before the diversification of other non-African lineages. These results raise interesting new questions, for instance that of where and when the Near Eastern farmers mixed with European hunter-gatherers to produce the early European farmers. We sequenced the genomes of a ∼7,000-year-old farmer from Germany and eight ∼8,000-year-old hunter-gatherers from Luxembourg and Sweden. We analysed these and other ancient genomes1,2,3,4 with 2,345 contemporary humans to show that most present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations: west European hunter-gatherers, who contributed ancestry to all Europeans but not to Near Easterners; ancient north Eurasians related to Upper Palaeolithic Siberians3, who contributed to both Europeans and Near Easterners; and early European farmers, who were mainly of Near Eastern origin but also harboured west European hunter-gatherer related ancestry. We model these populations’ deep relationships and show that early European farmers had ∼44% ancestry from a ‘basal Eurasian’ population that split before the diversification of other non-African lineages.

Draft genomes of two south-central Siberian individuals dating to 24,000 and 17,000 years ago show that they are genetically closely related to modern-day western Eurasians and Native Americans but not to east Asians; the results have implications for our understanding of the origins of Native Americans. Where did the First Americans come from, and who were they? On both counts the interpretation of the genetic and archaeological evidence causes controversy. The publication of the draft genome of a 24,000-year-old human specimen from Mal'ta in south-central Siberia — the earliest modern human genome sequence reported to date — may help to clarify matters. Eske Willerslev and colleagues find that the Mal'ta individual is genetically closely related to modern-day Native Americans and basal to modern-day western Eurasians, but has no close affinity to east Asians. This implies that populations related to modern-day western Eurasians had a more northeasterly distribution in the past than commonly thought. The authors estimate that between 14 and 38% of Native American ancestry originates from this ancient Mal'ta group and is therefore not of east Asian but rather of western Eurasian ancestry, which may explain why several First American crania have been reported as bearing non-east Asian features. The origins of the First Americans remain contentious. Although Native Americans seem to be genetically most closely related to east Asians1,2,3, there is no consensus with regard to which specific Old World populations they are closest to4,5,6,7,8. Here we sequence the draft genome of an approximately 24,000-year-old individual (MA-1), from Mal’ta in south-central Siberia9, to an average depth of 1×. To our knowledge this is the oldest anatomically modern human genome reported to date. The MA-1 mitochondrial genome belongs to haplogroup U, which has also been found at high frequency among Upper Palaeolithic and Mesolithic European hunter-gatherers10,11,12, and the Y chromosome of MA-1 is basal to modern-day western Eurasians and near the root of most Native American lineages5. Similarly, we find autosomal evidence that MA-1 is basal to modern-day western Eurasians and genetically closely related to modern-day Native Americans, with no close affinity to east Asians. This suggests that populations related to contemporary western Eurasians had a more north-easterly distribution 24,000 years ago than commonly thought. Furthermore, we estimate that 14 to 38% of Native American ancestry may originate through gene flow from this ancient population. This is likely to have occurred after the divergence of Native American ancestors from east Asian ancestors, but before the diversification of Native American populations in the New World. Gene flow from the MA-1 lineage into Native American ancestors could explain why several crania from the First Americans have been reported as bearing morphological characteristics that do not resemble those of east Asians2,13. Sequencing of another south-central Siberian, Afontova Gora-2 dating to approximately 17,000 years ago14, revealed similar autosomal genetic signatures as MA-1, suggesting that the region was continuously occupied by humans throughout the Last Glacial Maximum. Our findings reveal that western Eurasian genetic signatures in modern-day Native Americans derive not only from post-Columbian admixture, as commonly thought, but also from a mixed ancestry of the First Americans.

We report here the genome sequence of an ancient human. Obtained from ∼4,000-year-old permafrost-preserved hair, the genome represents a male individual from the first known culture to settle in Greenland. Sequenced to an average depth of 20×, we recover 79% of the diploid genome, an amount close to the practical limit of current sequencing technologies. We identify 353,151 high-confidence single-nucleotide polymorphisms (SNPs), of which 6.8% have not been reported previously. We estimate raw read contamination to be no higher than 0.8%. We use functional SNP assessment to assign possible phenotypic characteristics of the individual that belonged to a culture whose location has yielded only trace human remains. We compare the high-confidence SNPs to those of contemporary populations to find the populations most closely related to the individual. This provides evidence for a migration from Siberia into the New World some 5,500 years ago, independent of that giving rise to the modern Native Americans and Inuit. For the first time, the sequence of a near-complete nuclear genome has been obtained from the tissue of an ancient human. It comes from permafrost-preserved hair, about 4,000 years old, of a male palaeo-Eskimo of the Saqqaq culture, the earliest known settlers in Greenland. Functional single-nucleotide polymorphism (SNP) assessment was used to assign possible phenotypic characteristics. The analysis provides evidence for a migration from Siberia into the New World some 5,500 years ago, independent of the migration that gave rise to the modern Native Americans and Inuit. Elsewhere in the issue we profile the paper's last author Eske Willerslev, who headed the project and found the lock of hair in a Copenhagen museum basement — after a fruitless search among the archaeological sites of Peary Land. The first genome sequence of an ancient human is reported. It comes from an approximately 4,000-year-old permafrost-preserved hair from a male from the first known culture to settle in Greenland. Functional single-nucleotide polymorphism (SNP) assessment is used to assign possible phenotypic characteristics and high-confidence SNPs are compared to those of contemporary populations to find those most closely related to the individual.

We present an Aboriginal Australian genomic sequence obtained from a 100-year-old lock of hair donated by an Aboriginal man from southern Western Australia in the early 20th century. We detect no evidence of European admixture and estimate contamination levels to be below 0.5%. We show that Aboriginal Australians are descendants of an early human dispersal into eastern Asia, possibly 62,000 to 75,000 years ago. This dispersal is separate from the one that gave rise to modern Asians 25,000 to 38,000 years ago. We also find evidence of gene flow between populations of the two dispersal waves prior to the divergence of Native Americans from modern Asian ancestors. Our findings support the hypothesis that present-day Aboriginal Australians descend from the earliest humans to occupy Australia, likely representing one of the oldest continuous populations outside Africa.

Genetic history of Native Americans Several theories have been put forth as to the origin and timing of when Native American ancestors entered the Americas. To clarify this controversy, Raghavan et al. examined the genomic variation among ancient and modern individuals from Asia and the Americas. There is no evidence for multiple waves of entry or recurrent gene flow with Asians in northern populations. The earliest migrations occurred no earlier than 23,000 years ago from Siberian ancestors. Amerindians and Athabascans originated from a single population, splitting approximately 13,000 years ago. Science , this issue 10.1126/science.aab3884

The quest to explain demographic history during the early part of human evolution has been limited because of the scarce paleoanthropological record from the Middle Stone Age. To shed light on the structure of the mitochondrial DNA (mtDNA) phylogeny at the dawn of Homo sapiens, we constructed a matrilineal tree composed of 624 complete mtDNA genomes from sub-Saharan Hg L lineages. We paid particular attention to the Khoi and San (Khoisan) people of South Africa because they are considered to be a unique relic of hunter-gatherer lifestyle and to carry paternal and maternal lineages belonging to the deepest clades known among modern humans. Both the tree phylogeny and coalescence calculations suggest that Khoisan matrilineal ancestry diverged from the rest of the human mtDNA pool 90,000–150,000 years before present (ybp) and that at least five additional, currently extant maternal lineages existed during this period in parallel. Furthermore, we estimate that a minimum of 40 other evolutionarily successful lineages flourished in sub-Saharan Africa during the period of modern human dispersal out of Africa approximately 60,000–70,000 ybp. Only much later, at the beginning of the Late Stone Age, about 40,000 ybp, did introgression of additional lineages occur into the Khoisan mtDNA pool. This process was further accelerated during the recent Bantu expansions. Our results suggest that the early settlement of humans in Africa was already matrilineally structured and involved small, separately evolving isolated populations. The quest to explain demographic history during the early part of human evolution has been limited because of the scarce paleoanthropological record from the Middle Stone Age. To shed light on the structure of the mitochondrial DNA (mtDNA) phylogeny at the dawn of Homo sapiens, we constructed a matrilineal tree composed of 624 complete mtDNA genomes from sub-Saharan Hg L lineages. We paid particular attention to the Khoi and San (Khoisan) people of South Africa because they are considered to be a unique relic of hunter-gatherer lifestyle and to carry paternal and maternal lineages belonging to the deepest clades known among modern humans. Both the tree phylogeny and coalescence calculations suggest that Khoisan matrilineal ancestry diverged from the rest of the human mtDNA pool 90,000–150,000 years before present (ybp) and that at least five additional, currently extant maternal lineages existed during this period in parallel. Furthermore, we estimate that a minimum of 40 other evolutionarily successful lineages flourished in sub-Saharan Africa during the period of modern human dispersal out of Africa approximately 60,000–70,000 ybp. Only much later, at the beginning of the Late Stone Age, about 40,000 ybp, did introgression of additional lineages occur into the Khoisan mtDNA pool. This process was further accelerated during the recent Bantu expansions. Our results suggest that the early settlement of humans in Africa was already matrilineally structured and involved small, separately evolving isolated populations. IntroductionCurrent genetic data support the hypothesis of a predominantly single origin for anatomically modern humans.1Cann R.L. Stoneking M. Wilson A.C. Mitochondrial DNA and human evolution.Nature. 1987; 325: 31-36Crossref PubMed Scopus (1871) Google Scholar, 2Underhill P.A. Kivisild T. Use of Y chromosome and mitochondrial DNA population structure in tracing human migrations.Annu. Rev. Genet. 2007; 41: 539-564Crossref PubMed Scopus (302) Google Scholar The phylogeny of the maternally inherited mitochondrial DNA (mtDNA) has played a pivotal role in this model by anchoring our most recent maternal common ancestor to sub-Saharan Africa and suggesting a single dispersal wave out of that continent which populated the rest of the world much later.3Mellars P. Going east: New genetic and archaeological perspectives on the modern human colonization of Eurasia.Science. 2006; 313: 796-800Crossref PubMed Scopus (362) Google Scholar, 4Macaulay V. Hill C. Achilli A. Rengo C. Clarke D. Meehan W. Blackburn J. Semino O. Scozzari R. Cruciani F. et al.Single, rapid coastal settlement of Asia revealed by analysis of complete mitochondrial genomes.Science. 2005; 308: 1034-1036Crossref PubMed Scopus (561) Google Scholar, 5Torroni A. Achilli A. Macaulay V. Richards M. Bandelt H.J. Harvesting the fruit of the human mtDNA tree.Trends Genet. 2006; 22: 339-345Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (351) Google Scholar However, despite its importance as the cradle of humanity and the main location of anatomically modern humans for most of their existence, the initial Homo sapiens population dynamics and dispersal routes remain poorly understood.6Mellars P. Why did modern human populations disperse from Africa ca. 60,000 years ago? A new model.Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006; 103: 9381-9386Crossref PubMed Scopus (435) Google Scholar, 7Hawks J. Wang E.T. Cochran G.M. Harpending H.C. Moyzis R.K. Recent acceleration of human adaptive evolution.Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007; 104: 20753-20758Crossref PubMed Scopus (332) Google Scholar The potential to use present-day genetic patterns to detect the existence, or lack thereof, of matrilineal genetic structure among early Homo sapiens populations in sub-Saharan Africa is therefore of particular interest.The human mtDNA phylogeny can be collapsed into two daughter branches, L0 and L1′2′3′4′5′6 (L1′5),5Torroni A. Achilli A. Macaulay V. Richards M. Bandelt H.J. Harvesting the fruit of the human mtDNA tree.Trends Genet. 2006; 22: 339-345Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (351) Google Scholar located on opposite sides of its root (Figure 1).8Kivisild T. Shen P. Wall D.P. Do B. Sung R. Davis K. Passarino G. Underhill P.A. Scharfe C. Torroni A. et al.The role of selection in the evolution of human mitochondrial genomes.Genetics. 2006; 172: 373-387Crossref PubMed Scopus (359) Google Scholar, 9Mishmar D. Ruiz-Pesini E. Golik P. Macaulay V. Clark A.G. Hosseini S. Brandon M. Easley K. Chen E. Brown M.D. et al.Natural selection shaped regional mtDNA variation in humans.Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003; 100: 171-176Crossref PubMed Scopus (774) Google Scholar The L1′5 branch is far more widespread and has given rise to almost every mtDNA lineage found today, with two clades on this branch, (L3)M and (L3)N, forming the bulk of worldwide non-African genetic diversity and marking the out-of-Africa dispersal 50,000–65,000 years before present (ybp)4Macaulay V. Hill C. Achilli A. Rengo C. Clarke D. Meehan W. Blackburn J. Semino O. Scozzari R. Cruciani F. et al.Single, rapid coastal settlement of Asia revealed by analysis of complete mitochondrial genomes.Science. 2005; 308: 1034-1036Crossref PubMed Scopus (561) Google Scholar (Figure 1). Current models, predating the recognition of L0 as sister to L1′5,9Mishmar D. Ruiz-Pesini E. Golik P. Macaulay V. Clark A.G. Hosseini S. Brandon M. Easley K. Chen E. Brown M.D. et al.Natural selection shaped regional mtDNA variation in humans.Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003; 100: 171-176Crossref PubMed Scopus (774) Google Scholar, 10Maca-Meyer N. Gonzalez A.M. Larruga J.M. Flores C. Cabrera V.M. Major genomic mitochondrial lineages delineate early human expansions.BMC Genet. 2001; 2: 13Crossref PubMed Scopus (263) Google Scholar suggest that the contemporary sub-Saharan mtDNA gene pool is the result of an early expansion of modern humans from their homeland, often suggested to be East Africa, to most of the African continent by exclusively L1 Hg clades, before being overwhelmed by a later expansion wave of L2 and L3 clades dated to 60,000–80,000 ybp.11Forster P. Ice Ages and the mitochondrial DNA chronology of human dispersals: A review.Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 2004; 359: 255-264Crossref PubMed Scopus (221) Google Scholar, 12Watson E. Forster P. Richards M. Bandelt H.J. Mitochondrial footprints of human expansions in Africa.Am. J. Hum. Genet. 1997; 61: 691-704Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (297) Google Scholar A more recent geographically restricted enrichment of the African maternal gene pool was shown to have occurred during the early Upper Paleolithic, when populations carrying mtDNA clades M1 and U6 arrived to north and northeast Africa from Eurasia, hardly penetrating the sub-Saharan portion of the continent, except Ethiopia.13Kivisild T. Reidla M. Metspalu E. Rosa A. Brehm A. Pennarun E. Parik J. Geberhiwot T. Usanga E. Villems R. Ethiopian mitochondrial DNA heritage: Tracking gene flow across and around the gate of tears.Am. J. Hum. Genet. 2004; 75: 752-770Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (200) Google Scholar, 14Olivieri A. Achilli A. Pala M. Battaglia V. Fornarino S. Al-Zahery N. Scozzari R. Cruciani F. Behar D.M. Dugoujon J.M. et al.The mtDNA legacy of the Levantine early Upper Palaeolithic in Africa.Science. 2006; 314: 1767-1770Crossref PubMed Scopus (196) Google Scholar Therefore, the current sub-Saharan mtDNA gene pool is overwhelmingly a rich mix of L0 and L1′5 clades, found at varying frequencies throughout the continent.15Salas A. Richards M. De la Fe T. Lareu M.V. Sobrino B. Sanchez-Diz P. Macaulay V. Carracedo A. The making of the African mtDNA landscape.Am. J. Hum. Genet. 2002; 71: 1082-1111Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (386) Google ScholarThis entangled pattern of mtDNA variation gives an initial impression of lack of internal maternal genetic structure within the continent. Alternatively, it might indicate the elimination of such an early structure because of massive demographic shifts within the continent, the most dominant of which was certainly the recent Bantu expansions and spread of agriculturist style of living.15Salas A. Richards M. De la Fe T. Lareu M.V. Sobrino B. Sanchez-Diz P. Macaulay V. Carracedo A. The making of the African mtDNA landscape.Am. J. Hum. Genet. 2002; 71: 1082-1111Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (386) Google Scholar However, some L(xM,N) clades do show significant phylogeographic structure in Africa, such as the localization of L1c1a to central Africa16Quintana-Murci L. Quach H. Harmant C. Luca F. Massonnet B. Patin E. Sica L. Mouguiama-Daouda P. Comas D. Tzur S. et al.Maternal traces of deep common ancestry and asymmetric gene flow between Pygmy hunter-gatherers and Bantu-speaking farmers.Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008; 105: 1596-1601Crossref PubMed Scopus (138) Google Scholar or the localization of L0d and L0k (previously L1d and L1k) to the Khoisan people,17Chen Y.S. Olckers A. Schurr T.G. Kogelnik A.M. Huoponen K. Wallace D.C. mtDNA variation in the South African Kung and Khwe-and their genetic relationships to other African populations.Am. J. Hum. Genet. 2000; 66: 1362-1383Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (147) Google Scholar, 18Knight A. Underhill P.A. Mortensen H.M. Zhivotovsky L.A. Lin A.A. Henn B.M. Louis D. Ruhlen M. Mountain J.L. African Y chromosome and mtDNA divergence provides insight into the history of click languages.Curr. Biol. 2003; 13: 464-473Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (124) Google Scholar, 19Tishkoff S.A. Gonder M.K. Henn B.M. Mortensen H. Knight A. Gignoux C. Fernandopulle N. Lema G. Nyambo T.B. Ramakrishnan U. et al.History of click-speaking populations of Africa inferred from mtDNA and Y chromosome genetic variation.Mol. Biol. Evol. 2007; 24: 2180-2195Crossref PubMed Scopus (155) Google Scholar, 20Vigilant L. Stoneking M. Harpending H. Hawkes K. Wilson A.C. African populations and the evolution of human mitochondrial DNA.Science. 1991; 253: 1503-1507Crossref PubMed Scopus (951) Google Scholar in which they account for over 60% of the contemporary mtDNA gene pool. Early studies based on mtDNA control region variation have suggested that Khoisan divergence dates to an early stage in the history of modern humans,18Knight A. Underhill P.A. Mortensen H.M. Zhivotovsky L.A. Lin A.A. Henn B.M. Louis D. Ruhlen M. Mountain J.L. African Y chromosome and mtDNA divergence provides insight into the history of click languages.Curr. Biol. 2003; 13: 464-473Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (124) Google Scholar whereas their anthropological and linguistic features show closer affinities to each other than to those of other populations in Africa.21Barnard A. Hunters and Herders of Southern Africa: A Comparative Ethnography of the Khoisan Peoples. Cambridge University Press, New York1992Crossref Google Scholar, 22Guldemann T. Quotative Indexes in African Languages: A Synchronic and Diachronic Survey. Mouton de Gruyter, Berlin2007Google Scholar Their distinctiveness is also supported by phylogenetic studies of the male-specific Y chromosome that indicate that the most basal branch of the Y phylogeny is now common among the Khoisan but is rare or absent in other populations.18Knight A. Underhill P.A. Mortensen H.M. Zhivotovsky L.A. Lin A.A. Henn B.M. Louis D. Ruhlen M. Mountain J.L. African Y chromosome and mtDNA divergence provides insight into the history of click languages.Curr. Biol. 2003; 13: 464-473Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (124) Google ScholarTo better understand the reason for the high prevalence of two basal mtDNA lineages L0d and L0k within Khoisan, and the possible implications that this pattern might have on our understanding of early maternal genetic structure within Homo sapiens populations, we studied, at the level of complete mtDNA sequences, the variation of 624 Hg L(xM,N) mtDNA genomes. Our findings enable the identification of different phylogenetic origins for L0d and L0k lineages versus all other contemporary mtDNA lineages found within the Khoisan and support a demographic model with extensive maternal genetic structure during the early evolutionary history of Homo sapiens. This maternal structure is likely the result of ancient population splits and movements and is not consistent with a homogenous distribution of modern humans throughout sub-Saharan Africa.Material and MethodsSamplingTable S1 available online details the information for each of the 624 samples included in this study. We evaluated all 315 Hg L(xM,N) complete mtDNA sequences reported in the literature.5Torroni A. Achilli A. Macaulay V. Richards M. Bandelt H.J. Harvesting the fruit of the human mtDNA tree.Trends Genet. 2006; 22: 339-345Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (351) Google Scholar, 8Kivisild T. Shen P. Wall D.P. Do B. Sung R. Davis K. Passarino G. Underhill P.A. Scharfe C. Torroni A. et al.The role of selection in the evolution of human mitochondrial genomes.Genetics. 2006; 172: 373-387Crossref PubMed Scopus (359) Google Scholar, 9Mishmar D. Ruiz-Pesini E. Golik P. Macaulay V. Clark A.G. Hosseini S. Brandon M. Easley K. Chen E. Brown M.D. et al.Natural selection shaped regional mtDNA variation in humans.Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003; 100: 171-176Crossref PubMed Scopus (774) Google Scholar, 10Maca-Meyer N. Gonzalez A.M. Larruga J.M. Flores C. Cabrera V.M. Major genomic mitochondrial lineages delineate early human expansions.BMC Genet. 2001; 2: 13Crossref PubMed Scopus (263) Google Scholar, 16Quintana-Murci L. Quach H. Harmant C. Luca F. Massonnet B. Patin E. Sica L. Mouguiama-Daouda P. Comas D. Tzur S. et al.Maternal traces of deep common ancestry and asymmetric gene flow between Pygmy hunter-gatherers and Bantu-speaking farmers.Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008; 105: 1596-1601Crossref PubMed Scopus (138) Google Scholar, 23Ingman M. Kaessmann H. Paabo S. Gyllensten U. Mitochondrial genome variation and the origin of modern humans.Nature. 2000; 408: 708-713Crossref PubMed Scopus (1017) Google Scholar, 24Howell N. Elson J.L. Turnbull D.M. Herrnstadt C. African laplogroup L mtDNA sequences show violations of clock-like evolution.Mol. Biol. Evol. 2004; 21: 1843-1854Crossref PubMed Scopus (29) Google Scholar, 25Behar D.M. Metspalu A. Kivisild T. Rosset S. Tzur S. Hadid Y. Yodkovsky G. Rosengarten D. Pereira L. Amorim A. et al.Counting the founders: The matrilineal genetic ancestry of the Jewish Diaspora.PLoS ONE. 2008; (in press)Google Scholar Next, we identified all Hg L(xM,N) samples in all population sample collections available in Haifa (D.M.B.), Family Tree DNA (D.M.B.), Johannesburg (H.S. and H.M.), National Geographic Society (R.S.W. and J.B.S.), Paris (L.Q.M.), Porto (L.P.), Rome (R.S.), and Tartu (E.M. and R.V.) and chose 309 for complete mtDNA sequencing. Samples were chosen to include the widest possible range of Hg L(xM,N) internal variation on the basis of the previously available sequence analysis of the mtDNA control region and are, therefore, biased toward rare variants. In addition, we attempted to focus on branches (e.g., L0d, L0k), populations (e.g., Khoisan), and geographic regions (e.g., Chad) for which the current data were scant. Last, we preferred to sequence variants that the current literature suggested to be rare or anecdotal in any given geographic region (e.g., L0k in the Near East). All samples reported herein were derived from blood, buccal swab, or blood cell samples that were collected with informed consent according to procedures approved by the Institutional Human Subjects Review Committees in their respective locations.Complete mtDNA SequencingDNA was amplified with 18 primers to yield nine overlapping fragments as previously reported.26Taylor R.W. Taylor G.A. Durham S.E. Turnbull D.M. The determination of complete human mitochondrial DNA sequences in single cells: Implications for the study of somatic mitochondrial DNA point mutations.Nucleic Acids Res. 2001; 29 (E74–E74)Crossref Scopus (12) Google Scholar After purification, the nine fragments were sequenced by means of 56 internal primers to obtain the complete mtDNA genome. Sequencing was performed on a 3730xl DNA Analyzer (Applied Biosystems), and the resulting sequences were analyzed with the Sequencher software (Gene Codes Corporation). Mutations were scored relative to the revised Cambridge Reference Sequence (rCRS).27Andrews R.M. Kubacka I. Chinnery P.F. Lightowlers R.N. Turnbull D.M. Howell N. Reanalysis and revision of the Cambridge reference sequence for human mitochondrial DNA.Nat. Genet. 1999; 23: 147Crossref PubMed Scopus (2521) Google Scholar The 309 Hg L(xM,N) complete mtDNA sequences reported herein have been submitted to GenBank (accession numbers EU092658 – EU092966 ). Sample quality control was assured as follows:1.After the primary polymerase chain reaction (PCR) amplification of the nine fragments, DNA handling and distribution to the 56 sequencing reactions was aided by the Beckman Coulter Biomek FX liquid handler to minimize the chance for human pipetting errors.2.All 56 sequencing reactions of each sample were attempted simultaneously in the same sequencing run and included resequencing of the control region to assure that the correct sample was chosen. Therefore, most observed polymorphisms were determined by at least two sequences. However, in a minority of the cases only one sequence is available because of various technical reasons, usually related to the amount and quality of the DNA available.3.Any fragment that failed the first sequencing attempt or any ambiguous base call was tested by additional and independent PCR and sequencing reactions. In these cases, the first hypervariable segment was again resequenced to assure that the correct sample was chosen.4.Table S1 includes for each sample that needed several genotyping attempts the information regarding fragments26Taylor R.W. Taylor G.A. Durham S.E. Turnbull D.M. The determination of complete human mitochondrial DNA sequences in single cells: Implications for the study of somatic mitochondrial DNA point mutations.Nucleic Acids Res. 2001; 29 (E74–E74)Crossref Scopus (12) Google Scholar that were resequenced to help in the search for DNA handling errors and artificial recombination events.5.All sequences were aligned by the software Sequencher (Gene Codes Corporation), and all positions with a Phred score less than 30 were directly inspected by an operator.28Ewing B. Green P. Base-calling of automated sequencer traces using phred. II. Error probabilities.Genome Res. 1998; 8: 186-194Crossref PubMed Google Scholar, 29Ewing B. Hillier L. Wendl M.C. Green P. Base-calling of automated sequencer traces using phred. I. Accuracy assessment.Genome Res. 1998; 8: 175-185Crossref PubMed Scopus (4846) Google Scholar All positions that differed from the rCRS were recorded electronically to minimize typographic errors.6.Any sample that showed a deviation from the expected evolutionary hierarchy as suggested by the established Hg L(xM,N) phylogeny was highlighted and resequenced when a lab error was suspected.7.Any comments and remarks raised by external investigators after release of the data will be addressed by reobservation of the original sequences for accuracy. After that, any unresolved result will be further examined by resequencing and, if necessary, immediately corrected by publication of an erratum.NomenclatureThe term African Hg L(xM,N) is used to describe all mtDNA Haplogroups but (L3)M and (L3)N. We reserve the term branch to describe the two evolving sides of the root and have labeled them L0 and L1′2′3′4′5′6 (L1′5).5Torroni A. Achilli A. Macaulay V. Richards M. Bandelt H.J. Harvesting the fruit of the human mtDNA tree.Trends Genet. 2006; 22: 339-345Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (351) Google Scholar The two major branches each composed of one to several haplogroups.30Torroni A. Sukernik R.I. Schurr T.G. Starikorskaya Y.B. Cabell M.F. Crawford M.H. Comuzzie A.G. Wallace D.C. mtDNA variation of aboriginal Siberians reveals distinct genetic affinities with Native Americans.Am. J. Hum. Genet. 1993; 53: 591-608PubMed Google Scholar Note that the L0 branch is made of the L0 Hg alone, whereas the L1′5 branch includes haplogroups L1–L6. Haplogroups are composed of clades (e.g., L0d and L0k), which in their turn are composed of lineages, which represent an evolving set of closely related haplotypes. The term haplotype describes the entire combination of substitutions retrieved from the complete sequence in any given sample and therefore indicates the tips of the phylogeny, whether a singleton or not. Numbers 1–16569 refer to the position of the substitution in the rCRS.27Andrews R.M. Kubacka I. Chinnery P.F. Lightowlers R.N. Turnbull D.M. Howell N. Reanalysis and revision of the Cambridge reference sequence for human mitochondrial DNA.Nat. Genet. 1999; 23: 147Crossref PubMed Scopus (2521) Google Scholar We followed the consensus nomenclature scheme31Richards M.B. Macaulay V.A. Bandelt H.J. Sykes B.C. Phylogeography of mitochondrial DNA in western Europe.Ann. Hum. Genet. 1998; 62: 241-260Crossref PubMed Google Scholar when possible. In many cases, we labeled previously unreported deep branches (e.g., L1c1c), understanding that these designations are meant to facilitate reading and future literature comparison and are prospective candidates of clades to be fully defined in the future, provided common ancestral substitution motifs could be identified in complete mtDNA sequences of other samples. Nomenclature within Hg L(xM,N) has been the subject of some ambiguity because of the relabeling of some of the clades. The clades L0d, L0f, L0k, and L5 were previously labeled L1d, L1f, L1k, and L1e, respectively. We followed the designation in5Torroni A. Achilli A. Macaulay V. Richards M. Bandelt H.J. Harvesting the fruit of the human mtDNA tree.Trends Genet. 2006; 22: 339-345Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (351) Google Scholar, 8Kivisild T. Shen P. Wall D.P. Do B. Sung R. Davis K. Passarino G. Underhill P.A. Scharfe C. Torroni A. et al.The role of selection in the evolution of human mitochondrial genomes.Genetics. 2006; 172: 373-387Crossref PubMed Scopus (359) Google Scholar, 15Salas A. Richards M. De la Fe T. Lareu M.V. Sobrino B. Sanchez-Diz P. Macaulay V. Carracedo A. The making of the African mtDNA landscape.Am. J. Hum. Genet. 2002; 71: 1082-1111Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (386) Google Scholar, 32Salas A. Richards M. Lareu M.V. Scozzari R. Coppa A. Torroni A. Macaulay V. Carracedo A. The African diaspora: Mitochondrial DNA and the Atlantic slave trade.Am. J. Hum. Genet. 2004; 74: 454-465Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (202) Google Scholar for the definitions of the major branches with a single exception. We have eliminated the label L7 coined in5Torroni A. Achilli A. Macaulay V. Richards M. Bandelt H.J. Harvesting the fruit of the human mtDNA tree.Trends Genet. 2006; 22: 339-345Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (351) Google Scholar and revert back to the original label L4a as suggested in13Kivisild T. Reidla M. Metspalu E. Rosa A. Brehm A. Pennarun E. Parik J. Geberhiwot T. Usanga E. Villems R. Ethiopian mitochondrial DNA heritage: Tracking gene flow across and around the gate of tears.Am. J. Hum. Genet. 2004; 75: 752-770Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (200) Google Scholar because of the following: (1) A large number of samples (17) suggest position 16362 to be at the root of both clades, (2) both clades share similar distribution in East Africa and in southern West Eurasia, and (3) coalescence ages and the observed subclade-type architecture appear to be similar. We have not used the label L1c5 suggested by33Batini C. Coia V. Battaggia C. Rocha J. Pilkington M.M. Spedini G. Comas D. Destro-Bisol G. Calafell F. Phylogeography of the human mitochondrial L1c haplogroup: Genetic signatures of the prehistory of Central Africa.Mol. Phylogenet. Evol. 2007; 43: 635-644Crossref PubMed Scopus (51) Google Scholar because our complete mtDNA-based analysis indicates it to be L1c1a1, as suggested by.15Salas A. Richards M. De la Fe T. Lareu M.V. Sobrino B. Sanchez-Diz P. Macaulay V. Carracedo A. The making of the African mtDNA landscape.Am. J. Hum. Genet. 2002; 71: 1082-1111Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (386) Google Scholar To avoid confusion, we have skipped this label and moved from L1c4 to L1c6. We added labeling for previously unlabeled bifurcations if they became relevant for our discussion.The term Khoisan is used in reference to two major ethnic groups of Southern Africa, the Khoi and San, though several other names exist for either one or both of these groups, such as the Khoi, Khoe, Khoi-San, and Khoe-San.African Hg L PhylogenyWe generated a maximum-parsimony tree of 624 complete mtDNA sequences belonging to Hg L(xM,N) (Figure S1). The tree was rooted according to8Kivisild T. Shen P. Wall D.P. Do B. Sung R. Davis K. Passarino G. Underhill P.A. Scharfe C. Torroni A. et al.The role of selection in the evolution of human mitochondrial genomes.Genetics. 2006; 172: 373-387Crossref PubMed Scopus (359) Google Scholar and includes 309 samples reported herein and 315 previously reported samples: 21 sequences from,23Ingman M. Kaessmann H. Paabo S. Gyllensten U. Mitochondrial genome variation and the origin of modern humans.Nature. 2000; 408: 708-713Crossref PubMed Scopus (1017) Google Scholar six from,10Maca-Meyer N. Gonzalez A.M. Larruga J.M. Flores C. Cabrera V.M. Major genomic mitochondrial lineages delineate early human expansions.BMC Genet. 2001; 2: 13Crossref PubMed Scopus (263) Google Scholar five from,34Torroni A. Rengo C. Guida V. Cruciani F. Sellitto D. Coppa A. Calderon F.L. Simionati B. Valle G. Richards M. et al.Do the four clades of the mtDNA haplogroup L2 evolve at different rates?.Am. J. Hum. Genet. 2001; 69: 1348-1356Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (168) Google Scholar ten from,9Mishmar D. Ruiz-Pesini E. Golik P. Macaulay V. Clark A.G. Hosseini S. Brandon M. Easley K. Chen E. Brown M.D. et al.Natural selection shaped regional mtDNA variation in humans.Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003; 100: 171-176Crossref PubMed Scopus (774) Google Scholar 93 from,24Howell N. Elson J.L. Turnbull D.M. Herrnstadt C. African laplogroup L mtDNA sequences show violations of clock-like evolution.Mol. Biol. Evol. 2004; 21: 1843-1854Crossref PubMed Scopus (29) Google Scholar 126 from,8Kivisild T. Shen P. Wall D.P. Do B. Sung R. Davis K. Passarino G. Underhill P.A. Scharfe C. Torroni A. et al.The role of selection in the evolution of human mitochondrial genomes.Genetics. 2006; 172: 373-387Crossref PubMed Scopus (359) Google Scholar 23 from,5Torroni A. Achilli A. Macaulay V. Richards M. Bandelt H.J. Harvesting the fruit of the human mtDNA tree.Trends Genet. 2006; 22: 339-345Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (351) Google Scholar four from,25Behar D.M. Metspalu A. Kivisild T. Rosset S. Tzur S. Hadid Y. Yodkovsky G. Rosengarten D. Pereira L. Amorim A. et al.Counting the founders: The matrilineal genetic ancestry of the Jewish Diaspora.PLoS ONE. 2008; (in press)Google Scholar and 27 from.16Quintana-Murci L. Quach H. Harmant C. Luca F. Massonnet B. Patin E. Sica L. Mouguiama-Daouda P. Comas D. Tzur S. et al.Maternal traces of deep common ancestry and asymmetric gene flow between Pygmy hunter-gatherers and Bantu-speaking farmers.Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008; 105: 1596-1601Crossref PubMed Scopus (138) Google Scholar The genotyping information from5Torroni A. Achilli A. Macaulay V. Richards M. Bandelt H.J. Harvesting the fruit of the human mtDNA tree.Trends Genet. 2006; 22: 339-345Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (351) Google Scholar, 34Torroni A. Rengo C. Guida V. Cruciani F. Sellitto D. Coppa A. Calderon F.L. Simionati B. Valle G. Richards M. et al.Do the four clades of the mtDNA haplogroup L2 evolve at different rates?.Am. J. Hum. Genet. 2001; 69: 1348-1356Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (168) Google Scholar included herein corrects several inaccuracies that were identified during the establishment of the phylogeny. Sequence data from35Gonder M.K. Mortensen H.M. Reed F.A. de Sousa A. Tishkoff S.A. Whole-mtDNA geno

It is commonly thought that human genetic diversity in non-African populations was shaped primarily by an out-of-Africa dispersal 50–100 thousand yr ago (kya). Here, we present a study of 456 geographically diverse high-coverage Y chromosome sequences, including 299 newly reported samples. Applying ancient DNA calibration, we date the Y-chromosomal most recent common ancestor (MRCA) in Africa at 254 (95% CI 192–307) kya and detect a cluster of major non-African founder haplogroups in a narrow time interval at 47–52 kya, consistent with a rapid initial colonization model of Eurasia and Oceania after the out-of-Africa bottleneck. In contrast to demographic reconstructions based on mtDNA, we infer a second strong bottleneck in Y-chromosome lineages dating to the last 10 ky. We hypothesize that this bottleneck is caused by cultural changes affecting variance of reproductive success among males.

Two tribal groups from southern India--the Chenchus and Koyas--were analyzed for variation in mitochondrial DNA (mtDNA), the Y chromosome, and one autosomal locus and were compared with six caste groups from different parts of India, as well as with western and central Asians. In mtDNA phylogenetic analyses, the Chenchus and Koyas coalesce at Indian-specific branches of haplogroups M and N that cover populations of different social rank from all over the subcontinent. Coalescence times suggest early late Pleistocene settlement of southern Asia and suggest that there has not been total replacement of these settlers by later migrations. H, L, and R2 are the major Indian Y-chromosomal haplogroups that occur both in castes and in tribal populations and are rarely found outside the subcontinent. Haplogroup R1a, previously associated with the putative Indo-Aryan invasion, was found at its highest frequency in Punjab but also at a relatively high frequency (26%) in the Chenchu tribe. This finding, together with the higher R1a-associated short tandem repeat diversity in India and Iran compared with Europe and central Asia, suggests that southern and western Asia might be the source of this haplogroup. Haplotype frequencies of the MX1 locus of chromosome 21 distinguish Koyas and Chenchus, along with Indian caste groups, from European and eastern Asian populations. Taken together, these results show that Indian tribal and caste populations derive largely from the same genetic heritage of Pleistocene southern and western Asians and have received limited gene flow from external regions since the Holocene. The phylogeography of the primal mtDNA and Y-chromosome founders suggests that these southern Asian Pleistocene coastal settlers from Africa would have provided the inocula for the subsequent differentiation of the distinctive eastern and western Eurasian gene pools.