A human genome is sequenced and assembled de novo using a pocket-sized nanopore device. We report the sequencing and assembly of a reference genome for the human GM12878 Utah/Ceph cell line using the MinION (Oxford Nanopore Technologies) nanopore sequencer. 91.2 Gb of sequence data, representing ∼30× theoretical coverage, were produced. Reference-based alignment enabled detection of large structural variants and epigenetic modifications. De novo assembly of nanopore reads alone yielded a contiguous assembly (NG50 ∼3 Mb). We developed a protocol to generate ultra-long reads (N50 > 100 kb, read lengths up to 882 kb). Incorporating an additional 5× coverage of these ultra-long reads more than doubled the assembly contiguity (NG50 ∼6.4 Mb). The final assembled genome was 2,867 million bases in size, covering 85.8% of the reference. Assembly accuracy, after incorporating complementary short-read sequencing data, exceeded 99.8%. Ultra-long reads enabled assembly and phasing of the 4-Mb major histocompatibility complex (MHC) locus in its entirety, measurement of telomere repeat length, and closure of gaps in the reference human genome assembly GRCh38.

High-throughput complementary DNA sequencing technologies have advanced our understanding of transcriptome complexity and regulation. However, these methods lose information contained in biological RNA because the copied reads are often short and modifications are not retained. We address these limitations using a native poly(A) RNA sequencing strategy developed by Oxford Nanopore Technologies. Our study generated 9.9 million aligned sequence reads for the human cell line GM12878, using thirty MinION flow cells at six institutions. These native RNA reads had a median length of 771 bases, and a maximum aligned length of over 21,000 bases. Mitochondrial poly(A) reads provided an internal measure of read-length quality. We combined these long nanopore reads with higher accuracy short-reads and annotated GM12878 promoter regions to identify 33,984 plausible RNA isoforms. We describe strategies for assessing 3' poly(A) tail length, base modifications and transcript haplotypes.

High throughput RNA sequencing technologies have dramatically advanced our understanding of transcriptome complexity and regulation. However, these cDNA-based methods lose information contained in biological RNA because the copied reads are short or because modifications are not carried forward in cDNA. Here we address these limitations using a native poly(A) RNA sequencing strategy developed by Oxford Nanopore Technologies (ONT). Our study focused on poly(A) RNA isolated from the human cell line GM12878, from which we sequenced approximately 9.9 million individual aligned strands. These native RNA sequence reads had an N50 length of 1334 bases, and a maximum length of 22,000 bases. A total of 78,199 high-confidence isoforms were identified by combining long nanopore reads with short higher accuracy Illumina reads. Among these isoforms, over 50% are not present in GENCODE v24. We describe strategies for assessing 3'poly(A) tail length, base modifications and transcript haplotypes using this single molecule technology. Together, these nanopore-based techniques are poised to deliver new insights into RNA biology.

Abstract Amplicon sequencing of small subunit (SSU) rRNA genes is a foundational method for studying microbial communities within various environmental, human, and engineered ecosystems. Currently, short-read platforms are commonly employed for high-throughput applications of SSU rRNA amplicon sequencing, but at the cost of poor taxonomic classification. The low-cost Oxford Nanopore Technologies (ONT) platform is capable of sequencing full-length SSU rRNA genes, but the lower raw-read accuracies of previous ONT sequencing chemistries have limited accurate taxonomic classification and de novo generation of operational taxonomic units (OTUs) and amplicon sequence variants (ASVs). Here, we examine the potential for Nanopore sequencing with newer (R10.4+) chemistry to provide high-throughput and high-accuracy full-length 16S rRNA gene amplicon sequencing. We present a sequencing workflow utilizing unique molecular identifiers (UMIs) for error-correction of SSU rRNA (e.g. 16S rRNA) gene amplicons, termed ssUMI. Using two synthetic microbial community standards, the ssUMI workflow generated consensus sequences with 99.99% mean accuracy using a minimum UMI subread coverage threshold of 3x, and was capable of generating error-free ASVs and 97% OTUs with no false-positives. Non-corrected Nanopore reads generated error-free 97% OTUs but with reduced detection sensitivity, and also generated false-positive ASVs. We showcase the cost-competitive and high-throughput scalability of the ssUMI workflow by sequencing 90 time-series samples from seven different wastewater matrices, generating ASVs that were tightly clustered based on sample matrix type. This work demonstrates that highly accurate full-length 16S rRNA gene amplicon sequencing on Nanopore is possible, paving the way to more accessible microbiome science.

Abstract The mechanisms facilitating the relationship between low income and COVID-19 severity have not been partitioned in the presence of SARS-CoV-2 variants of concern (VOC). To address this, we used causal mediation analysis to quantify the possible mediating role infection with VOC has on the relationship between neighbourhood income (exposure) and hospitalisation due to COVID-19 among cases (outcome). A population-based cohort of 65,629 individuals residing in British Columbia, Canada, was divided into three periods of VOC co-circulation in the 2021 calendar year whereby each period included co-circulation of an emerging and an established VOC. Each cohort was subjected to g-formula mediation techniques to decompose the relationship between exposure and outcome into total, direct and indirect effects. In the mediation analysis, the total effects indicated that low income was associated with increased odds of hospitalisation across all periods. Further decomposition of the effects revealed that income is directly and indirectly associated with hospitalisation. The resulting indirect effect through VOC accounted for approximately between 6 and 13% of the total effect of income on hospitalisation. This study underscores, conditional on the analysis, the importance of addressing underlying inequities to mitigate the disproportionate impact on historically marginalised communities by adopting an equity lens as central to pandemic preparedness and response from the onset.

ABSTRACT Voltage gated calcium channels (VGCCs) regulate the influx of calcium ions in many cell types, but our lack of knowledge about the plethora of VGCC splice variants remains a gap in our understanding of calcium channel function. A recent advance in profiling gene splice variation is to use long-read RNA-sequencing technology. We sequenced Cacna1e transcripts from the rat thalamus using Oxford Nanopore sequencing, yielding the full structure of 2,110 Cacna1e splice variants. However, we observed that only 154 Cacna1e splice variants were likely to encode for a functional VGCC based on predicted amino acid sequences. We then computationally prioritized these 154 splice variants using expression and evolutionary conservation and found that four splice variants are candidate functionally distinct splice isoforms. Our work not only provides long-read sequencing of Cacna1e for the first time, but also the first computational evaluation of which Cacna1e splice variants are the best candidates for future follow-up. SIGNIFICANCE STATEMENT Voltage gated calcium channels (Cacna1x genes) are implicated in many neurological disorders and their encoding genes are predicted to have complex patterns of alternative splicing. Previous approaches relied on short-read RNA-seq to characterize calcium channel splice variants. Here, we use long-read nanopore sequencing to establish a set of Cacna1e transcripts in the rat thalamus and use computational methods to prioritize four transcripts as functionally distinct splice isoforms. Our work to provide the field with prioritized transcripts will not only improve our understanding of Cacna1e function but its role in disease as well.

Abstract In December 2021, influenza A viruses (IAV) were detected in a population of farmed mink in British Columbia, Canada. Based on genomic sequencing and phylogenetic analysis, these IAVs were subtyped as H3N2s that originated from reassortment of swine H3N2 (clade 1990.4h), human seasonal H1N1 (pdm09), and swine H1N2 (clade 1A.1.1.3). This reassortant has been subsequently observed in swine in several Midwest American states, as well as in swine and turkeys in Ontario, suggesting its spillover into farmed mink in British Columbia was incidental to its broader dissemination in North American swine populations. These detections reaffirm the need for extensive genomic surveillance of IAVs in swine populations to monitor reassortments that might become public health concerns. They also highlight the need for closer surveillance of IAVs in mink to preserve animal health, protect agricultural interests, and monitor potential zoonotic threats.

Abstract Genome sequencing has been widely deployed to study the evolution of SARS-CoV-2 with more than 90,000 genome sequences uploaded to the GISAID database. We published a method for SARS-CoV-2 genome sequencing ( https://www.protocols.io/view/ncov-2019-sequencing-protocol-bbmuik6w ) online on January 22, 2020. This approach has rapidly become the most popular method for sequencing SARS-CoV-2 due to its simplicity and cost-effectiveness. Here we present improvements to the original protocol: i) an updated primer scheme with 22 additional primers to improve genome coverage, ii) a streamlined library preparation workflow which improves demultiplexing rate for up to 96 samples and reduces hands-on time by several hours and iii) cost savings which bring the reagent cost down to £10 per sample making it practical for individual labs to sequence thousands of SARS-CoV-2 genomes to support national and international genomic epidemiology efforts.