A major challenge of biology is understanding the relationship between molecular genetic variation and variation in quantitative traits, including fitness. This relationship determines our ability to predict phenotypes from genotypes and to understand how evolutionary forces shape variation within and between species. Previous efforts to dissect the genotype–phenotype map were based on incomplete genotypic information. Here, we describe the Drosophila melanogaster Genetic Reference Panel (DGRP), a community resource for analysis of population genomics and quantitative traits. The DGRP consists of fully sequenced inbred lines derived from a natural population. Population genomic analyses reveal reduced polymorphism in centromeric autosomal regions and the X chromosome, evidence for positive and negative selection, and rapid evolution of the X chromosome. Many variants in novel genes, most at low frequency, are associated with quantitative traits and explain a large fraction of the phenotypic variance. The DGRP facilitates genotype–phenotype mapping using the power of Drosophila genetics. A new resource for the analysis of population genomics and quantitative traits, the Drosophila melanogaster Genetic Reference Panel is presented. The Drosophila melanogaster Genetic Reference Panel (DGRP) is a community resource charting the molecular and phenotypic variation in 168 fully sequenced fruitfly strains derived from a single outbred natural population. The first set of analyses of DGRP data provides insights into the genomic landscape of genetic variation, positive and negative selection, and rapid evolution of the X chromosome. The results also reveal many low frequency variants in novel loci that are associated with quantitative traits, and explain a large fraction of the phenotypic variance.

The Drosophila melanogaster Genetic Reference Panel (DGRP) is a community resource of 205 sequenced inbred lines, derived to improve our understanding of the effects of naturally occurring genetic variation on molecular and organismal phenotypes. We used an integrated genotyping strategy to identify 4,853,802 single nucleotide polymorphisms (SNPs) and 1,296,080 non-SNP variants. Our molecular population genomic analyses show higher deletion than insertion mutation rates and stronger purifying selection on deletions. Weaker selection on insertions than deletions is consistent with our observed distribution of genome size determined by flow cytometry, which is skewed toward larger genomes. Insertion/deletion and single nucleotide polymorphisms are positively correlated with each other and with local recombination, suggesting that their nonrandom distributions are due to hitchhiking and background selection. Our cytogenetic analysis identified 16 polymorphic inversions in the DGRP. Common inverted and standard karyotypes are genetically divergent and account for most of the variation in relatedness among the DGRP lines. Intriguingly, variation in genome size and many quantitative traits are significantly associated with inversions. Approximately 50% of the DGRP lines are infected with Wolbachia , and four lines have germline insertions of Wolbachia sequences, but effects of Wolbachia infection on quantitative traits are rarely significant. The DGRP complements ongoing efforts to functionally annotate the Drosophila genome. Indeed, 15% of all D. melanogaster genes segregate for potentially damaged proteins in the DGRP, and genome-wide analyses of quantitative traits identify novel candidate genes. The DGRP lines, sequence data, genotypes, quality scores, phenotypes, and analysis and visualization tools are publicly available.

Epistasis—nonlinear genetic interactions between polymorphic loci—is the genetic basis of canalization and speciation, and epistatic interactions can be used to infer genetic networks affecting quantitative traits. However, the role that epistasis plays in the genetic architecture of quantitative traits is controversial. Here, we compared the genetic architecture of three Drosophila life history traits in the sequenced inbred lines of the Drosophila melanogaster Genetic Reference Panel (DGRP) and a large outbred, advanced intercross population derived from 40 DGRP lines (Flyland). We assessed allele frequency changes between pools of individuals at the extremes of the distribution for each trait in the Flyland population by deep DNA sequencing. The genetic architecture of all traits was highly polygenic in both analyses. Surprisingly, none of the SNPs associated with the traits in Flyland replicated in the DGRP and vice versa. However, the majority of these SNPs participated in at least one epistatic interaction in the DGRP. Despite apparent additive effects at largely distinct loci in the two populations, the epistatic interactions perturbed common, biologically plausible, and highly connected genetic networks. Our analysis underscores the importance of epistasis as a principal factor that determines variation for quantitative traits and provides a means to uncover genetic networks affecting these traits. Knowledge of epistatic networks will contribute to our understanding of the genetic basis of evolutionarily and clinically important traits and enhance predictive ability at an individualized level in medicine and agriculture.

We report the whole-genome sequence of the common marmoset (Callithrix jacchus). The 2.26-Gb genome of a female marmoset was assembled using Sanger read data (6×) and a whole-genome shotgun strategy. A first analysis has permitted comparison with the genomes of apes and Old World monkeys and the identification of specific features that might contribute to the unique biology of this diminutive primate, including genetic changes that may influence body size, frequent twinning and chimerism. We observed positive selection in growth hormone/insulin-like growth factor genes (growth pathways), respiratory complex I genes (metabolic pathways), and genes encoding immunobiological factors and proteases (reproductive and immunity pathways). In addition, both protein-coding and microRNA genes related to reproduction exhibited evidence of rapid sequence evolution. This genome sequence for a New World monkey enables increased power for comparative analyses among available primate genomes and facilitates biomedical research application.