DNA sequencing continues to decrease in cost with the Illumina HiSeq2000 generating up to 600 Gb of paired-end 100 base reads in a ten-day run. Here we present a protocol for community amplicon sequencing on the HiSeq2000 and MiSeq Illumina platforms, and apply that protocol to sequence 24 microbial communities from host-associated and free-living environments. A critical question as more sequencing platforms become available is whether biological conclusions derived on one platform are consistent with what would be derived on a different platform. We show that the protocol developed for these instruments successfully recaptures known biological results, and additionally that biological conclusions are consistent across sequencing platforms (the HiSeq2000 versus the MiSeq) and across the sequenced regions of amplicons.

DNA sequence information underpins genetic research, enabling discoveries of important biological or medical benefit. Sequencing projects have traditionally used long (400–800 base pair) reads, but the existence of reference sequences for the human and many other genomes makes it possible to develop new, fast approaches to re-sequencing, whereby shorter reads are compared to a reference to identify intraspecies genetic variation. Here we report an approach that generates several billion bases of accurate nucleotide sequence per experiment at low cost. Single molecules of DNA are attached to a flat surface, amplified in situ and used as templates for synthetic sequencing with fluorescent reversible terminator deoxyribonucleotides. Images of the surface are analysed to generate high-quality sequence. We demonstrate application of this approach to human genome sequencing on flow-sorted X chromosomes and then scale the approach to determine the genome sequence of a male Yoruba from Ibadan, Nigeria. We build an accurate consensus sequence from >30× average depth of paired 35-base reads. We characterize four million single-nucleotide polymorphisms and four hundred thousand structural variants, many of which were previously unknown. Our approach is effective for accurate, rapid and economical whole-genome re-sequencing and many other biomedical applications. The power of the latest massively parallel synthetic DNA sequencing technologies is demonstrated in two major collaborations that shed light on the nature of genomic variation with ethnicity. The first describes the genomic characterization of an individual from the Yoruba ethnic group of west Africa. The second reports a personal genome of a Han Chinese, the group comprising 30% of the world's population. These new resources can now be used in conjunction with the Venter, Watson and NIH reference sequences. A separate study looked at genetic ethnicity on the continental scale, based on data from 1,387 individuals from more than 30 European countries. Overall there was little genetic variation between countries, but the differences that do exist correspond closely to the geographic map. Statistical analysis of the genome data places 50% of the individuals within 310 km of their reported origin. As well as its relevance for testing genetic ancestry, this work has implications for evaluating genome-wide association studies that link genes with diseases.

High-throughput sequencing technology enables population-level surveys of human genomic variation. Here, we examine the joint allele frequency distributions across continental human populations and present an approach for combining complementary aspects of whole-genome, low-coverage data and targeted high-coverage data. We apply this approach to data generated by the pilot phase of the Thousand Genomes Project, including whole-genome 2–4× coverage data for 179 samples from HapMap European, Asian, and African panels as well as high-coverage target sequencing of the exons of 800 genes from 697 individuals in seven populations. We use the site frequency spectra obtained from these data to infer demographic parameters for an Out-of-Africa model for populations of African, European, and Asian descent and to predict, by a jackknife-based approach, the amount of genetic diversity that will be discovered as sample sizes are increased. We predict that the number of discovered nonsynonymous coding variants will reach 100,000 in each population after ∼1,000 sequenced chromosomes per population, whereas ∼2,500 chromosomes will be needed for the same number of synonymous variants. Beyond this point, the number of segregating sites in the European and Asian panel populations is expected to overcome that of the African panel because of faster recent population growth. Overall, we find that the majority of human genomic variable sites are rare and exhibit little sharing among diverged populations. Our results emphasize that replication of disease association for specific rare genetic variants across diverged populations must overcome both reduced statistical power because of rarity and higher population divergence.

The Tasmanian devil (Sarcophilus harrisii), the largest marsupial carnivore, is endangered due to a transmissible facial cancer spread by direct transfer of living cancer cells through biting. Here we describe the sequencing, assembly, and annotation of the Tasmanian devil genome and whole-genome sequences for two geographically distant subclones of the cancer. Genomic analysis suggests that the cancer first arose from a female Tasmanian devil and that the clone has subsequently genetically diverged during its spread across Tasmania. The devil cancer genome contains more than 17,000 somatic base substitution mutations and bears the imprint of a distinct mutational process. Genotyping of somatic mutations in 104 geographically and temporally distributed Tasmanian devil tumors reveals the pattern of evolution and spread of this parasitic clonal lineage, with evidence of a selective sweep in one geographical area and persistence of parallel lineages in other populations.PaperClip/cms/asset/27564b27-fefa-42e1-bb8f-fa0a65d4d0be/mmc3.mp3Loading ...(mp3, 3.1 MB) Download audio

Motivation: Mate pair protocols add to the utility of paired-end sequencing by boosting the genomic distance spanned by each pair of reads, potentially allowing larger repeats to be bridged and resolved. The Illumina Nextera Mate Pair (NMP) protocol employs a circularisation-based strategy that leaves behind 38bp adapter sequences which must be computationally removed from the data. While "adapter trimming" is a well-studied area of bioinformatics, existing tools do not fully exploit the particular properties of NMP data and discard more data than is necessary. Results: We present NxTrim, a tool that strives to discard as little sequence as possible from NMP reads. The sequence either side of the adapter site is triaged into "virtual libraries" of mate pairs, paired-end reads and single-ended reads. When combined, these data boost coverage and can substantially improve the de novo assembly of bacterial genomes.