African Origins The modern human originated in Africa and subsequently spread across the globe. However, the genetic relationships among the diverse populations on the African continent have been unclear. Tishkoff et al. (p. 1035; see the cover, published online 30 April) provide a detailed genetic analysis of most major groups of African populations. The findings suggest that Africans represent 14 ancestral populations. Populations tend to be of mixed ancestry which documents historical migrations. The data mainly support but sometimes challenge proposed relationships between groups of self-identified ethnicity previously hypothesized on the basis of linguistic studies. The authors also examined populations of African Americans and individuals of mixed ancestry from Cape Town, documenting the variation and origins of admixture within these groups.

The anatomical and functional architecture of the human brain is mainly determined by prenatal transcriptional processes. We describe an anatomically comprehensive atlas of the mid-gestational human brain, including de novo reference atlases, in situ hybridization, ultra-high-resolution magnetic resonance imaging (MRI) and microarray analysis on highly discrete laser-microdissected brain regions. In developing cerebral cortex, transcriptional differences are found between different proliferative and post-mitotic layers, wherein laminar signatures reflect cellular composition and developmental processes. Cytoarchitectural differences between human and mouse have molecular correlates, including species differences in gene expression in subplate, although surprisingly we find minimal differences between the inner and outer subventricular zones even though the outer zone is expanded in humans. Both germinal and post-mitotic cortical layers exhibit fronto-temporal gradients, with particular enrichment in the frontal lobe. Finally, many neurodevelopmental disorder and human-evolution-related genes show patterned expression, potentially underlying unique features of human cortical formation. These data provide a rich, freely-accessible resource for understanding human brain development. A spatially resolved transcriptional atlas of the mid-gestational developing human brain has been created using laser-capture microdissection and microarray technology, providing a comprehensive reference resource which also enables new hypotheses about the nature of human brain evolution and the origins of neurodevelopmental disorders. With President Barack Obama's BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) initiative now entering year two, this issue of Nature presents two landmark papers that mobilize 'big science' resources to the cause. Hongkui Zeng and colleagues present the first brain-wide, mesoscale connectome for a mammalian species — the laboratory mouse — based on cell-type-specific tracing of axonal projections. The wiring diagram of a complete nervous system has long been available for a small roundworm, but neuronal connectivity data for larger animals has been patchy until now. The new three-dimensional Allen Mouse Brain Connectivity Atlas is a whole-brain connectivity matrix that will provide insights into how brain regions communicate. Much of the data generated in this project will be of relevance to investigations of neural networks in humans and should help to further our understanding of human brain connectivity and its involvement in brain disorders. In a separate report Ed Lein and colleagues present a transcriptional atlas of the mid-gestational human brain at high spatial resolution, based on laser microdissection and DNA microarray technology. The structure and function of the human brain is largely determined by prenatal transcriptional processes that initiate gene expression, but our understanding of the developing brain has been limited. The new data set reveals transcriptional signatures for developmental processes associated with the massive expansion of neocortex during human evolution, and suggests new cortical germinal zones or postmitotic neurons as sites of dynamic expression for many genes associated with neurological or psychiatric disorders.

Linda Kao and colleagues use admixture mapping to identify risk variants in MYH9 associated with nondiabetic end-stage renal disease in African Americans. The risk variants are more common in populations with West African ancestry and contribute to the excess burden of end-stage kidney diseases in these populations. A similar finding is reported in an accompanying paper by Cheryl Winkler and colleagues. As end-stage renal disease (ESRD) has a four times higher incidence in African Americans compared to European Americans, we hypothesized that susceptibility alleles for ESRD have a higher frequency in the West African than the European gene pool. We carried out a genome-wide admixture scan in 1,372 ESRD cases and 806 controls and found a highly significant association between excess African ancestry and nondiabetic ESRD (lod score = 5.70) but not diabetic ESRD (lod = 0.47) on chromosome 22q12. Each copy of the European ancestral allele conferred a relative risk of 0.50 (95% CI = 0.39–0.63) compared to African ancestry. Multiple common SNPs (allele frequencies ranging from 0.2 to 0.6) in the gene encoding nonmuscle myosin heavy chain type II isoform A (MYH9) were associated with two to four times greater risk of nondiabetic ESRD and accounted for a large proportion of the excess risk of ESRD observed in African compared to European Americans.

The homeobox gene Hb9, like its close relative MNR2, is expressed selectively by motor neurons (MNs) in the developing vertebrate CNS. In embryonic chick spinal cord, the ectopic expression of MNR2 or Hb9 is sufficient to trigger MN differentiation and to repress the differentiation of an adjacent population of V2 interneurons. Here, we provide genetic evidence that Hb9 has an essential role in MN differentiation. In mice lacking Hb9 function, MNs are generated on schedule and in normal numbers but transiently acquire molecular features of V2 interneurons. The aberrant specification of MN identity is associated with defects in the migration of MNs, the emergence of the subtype identities of MNs, and the projection of motor axons. These findings show that HB9 has an essential function in consolidating the identity of postmitotic MNs.

Admixture mapping (also known as "mapping by admixture linkage disequilibrium," or MALD) has been proposed as an efficient approach to localizing disease-causing variants that differ in frequency (because of either drift or selection) between two historically separated populations. Near a disease gene, patient populations descended from the recent mixing of two or more ethnic groups should have an increased probability of inheriting the alleles derived from the ethnic group that carries more disease-susceptibility alleles. The central attraction of admixture mapping is that, since gene flow has occurred recently in modern populations (e.g., in African and Hispanic Americans in the past 20 generations), it is expected that admixture-generated linkage disequilibrium should extend for many centimorgans. High-resolution marker sets are now becoming available to test this approach, but progress will require (a) computational methods to infer ancestral origin at each point in the genome and (b) empirical characterization of the general properties of linkage disequilibrium due to admixture. Here we describe statistical methods to estimate the ancestral origin of a locus on the basis of the composite genotypes of linked markers, and we show that this approach accurately estimates states of ancestral origin along the genome. We apply this approach to show that strong admixture linkage disequilibrium extends, on average, for 17 cM in African Americans. Finally, we present power calculations under varying models of disease risk, sample size, and proportions of ancestry. Studying ∼2,500 markers in ∼2,500 patients should provide power to detect many regions contributing to common disease. A particularly important result is that the power of an admixture mapping study to detect a locus will be nearly the same for a wide range of mixture scenarios: the mixture proportion should be 10%–90% from both ancestral populations. Admixture mapping (also known as "mapping by admixture linkage disequilibrium," or MALD) has been proposed as an efficient approach to localizing disease-causing variants that differ in frequency (because of either drift or selection) between two historically separated populations. Near a disease gene, patient populations descended from the recent mixing of two or more ethnic groups should have an increased probability of inheriting the alleles derived from the ethnic group that carries more disease-susceptibility alleles. The central attraction of admixture mapping is that, since gene flow has occurred recently in modern populations (e.g., in African and Hispanic Americans in the past 20 generations), it is expected that admixture-generated linkage disequilibrium should extend for many centimorgans. High-resolution marker sets are now becoming available to test this approach, but progress will require (a) computational methods to infer ancestral origin at each point in the genome and (b) empirical characterization of the general properties of linkage disequilibrium due to admixture. Here we describe statistical methods to estimate the ancestral origin of a locus on the basis of the composite genotypes of linked markers, and we show that this approach accurately estimates states of ancestral origin along the genome. We apply this approach to show that strong admixture linkage disequilibrium extends, on average, for 17 cM in African Americans. Finally, we present power calculations under varying models of disease risk, sample size, and proportions of ancestry. Studying ∼2,500 markers in ∼2,500 patients should provide power to detect many regions contributing to common disease. A particularly important result is that the power of an admixture mapping study to detect a locus will be nearly the same for a wide range of mixture scenarios: the mixture proportion should be 10%–90% from both ancestral populations.

Admixture mapping (also known as “mapping by admixture linkage disequilibrium,” or MALD) provides a way of localizing genes that cause disease, in admixed ethnic groups such as African Americans, with ∼100 times fewer markers than are required for whole-genome haplotype scans. However, it has not been possible to perform powerful scans with admixture mapping because the method requires a dense map of validated markers known to have large frequency differences between Europeans and Africans. To create such a map, we screened through databases containing ∼450,000 single-nucleotide polymorphisms (SNPs) for which frequencies had been estimated in African and European population samples. We experimentally confirmed the frequencies of the most promising SNPs in a multiethnic panel of unrelated samples and identified 3,011 as a MALD map (1.2 cM average spacing). We estimate that this map is ∼70% informative in differentiating African versus European origins of chromosomal segments. This map provides a practical and powerful tool, which is freely available without restriction, for screening for disease genes in African American patient cohorts. The map is especially appropriate for those diseases that differ in incidence between the parental African and European populations. Admixture mapping (also known as “mapping by admixture linkage disequilibrium,” or MALD) provides a way of localizing genes that cause disease, in admixed ethnic groups such as African Americans, with ∼100 times fewer markers than are required for whole-genome haplotype scans. However, it has not been possible to perform powerful scans with admixture mapping because the method requires a dense map of validated markers known to have large frequency differences between Europeans and Africans. To create such a map, we screened through databases containing ∼450,000 single-nucleotide polymorphisms (SNPs) for which frequencies had been estimated in African and European population samples. We experimentally confirmed the frequencies of the most promising SNPs in a multiethnic panel of unrelated samples and identified 3,011 as a MALD map (1.2 cM average spacing). We estimate that this map is ∼70% informative in differentiating African versus European origins of chromosomal segments. This map provides a practical and powerful tool, which is freely available without restriction, for screening for disease genes in African American patient cohorts. The map is especially appropriate for those diseases that differ in incidence between the parental African and European populations.

Abstract Here the Human Pangenome Reference Consortium presents a first draft of the human pangenome reference. The pangenome contains 47 phased, diploid assemblies from a cohort of genetically diverse individuals 1 . These assemblies cover more than 99% of the expected sequence in each genome and are more than 99% accurate at the structural and base pair levels. Based on alignments of the assemblies, we generate a draft pangenome that captures known variants and haplotypes and reveals new alleles at structurally complex loci. We also add 119 million base pairs of euchromatic polymorphic sequences and 1,115 gene duplications relative to the existing reference GRCh38. Roughly 90 million of the additional base pairs are derived from structural variation. Using our draft pangenome to analyse short-read data reduced small variant discovery errors by 34% and increased the number of structural variants detected per haplotype by 104% compared with GRCh38-based workflows, which enabled the typing of the vast majority of structural variant alleles per sample.