It has recently been shown that ancestors of New Guineans and Bougainville Islanders have inherited a proportion of their ancestry from Denisovans, an archaic hominin group from Siberia. However, only a sparse sampling of populations from Southeast Asia and Oceania were analyzed. Here, we quantify Denisova admixture in 33 additional populations from Asia and Oceania. Aboriginal Australians, Near Oceanians, Polynesians, Fijians, east Indonesians, and Mamanwa (a "Negrito" group from the Philippines) have all inherited genetic material from Denisovans, but mainland East Asians, western Indonesians, Jehai (a Negrito group from Malaysia), and Onge (a Negrito group from the Andaman Islands) have not. These results indicate that Denisova gene flow occurred into the common ancestors of New Guineans, Australians, and Mamanwa but not into the ancestors of the Jehai and Onge and suggest that relatives of present-day East Asians were not in Southeast Asia when the Denisova gene flow occurred. Our finding that descendants of the earliest inhabitants of Southeast Asia do not all harbor Denisova admixture is inconsistent with a history in which the Denisova interbreeding occurred in mainland Asia and then spread over Southeast Asia, leading to all its earliest modern human inhabitants. Instead, the data can be most parsimoniously explained if the Denisova gene flow occurred in Southeast Asia itself. Thus, archaic Denisovans must have lived over an extraordinarily broad geographic and ecological range, from Siberia to tropical Asia.

Recently, the field of predicting phenotypes of externally visible characteristics (EVCs) from DNA genotypes with the final aim of concentrating police investigations to find persons completely unknown to investigating authorities, also referred to as Forensic DNA Phenotyping (FDP), has started to become established in forensic biology. We previously developed and forensically validated the IrisPlex system for accurate prediction of blue and brown eye colour from DNA, and recently showed that all major hair colour categories are predictable from carefully selected DNA markers. Here, we introduce the newly developed HIrisPlex system, which is capable of simultaneously predicting both hair and eye colour from DNA. HIrisPlex consists of a single multiplex assay targeting 24 eye and hair colour predictive DNA variants including all 6 IrisPlex SNPs, as well as two prediction models, a newly developed model for hair colour categories and shade, and the previously developed IrisPlex model for eye colour. The HIrisPlex assay was designed to cope with low amounts of template DNA, as well as degraded DNA, and preliminary sensitivity testing revealed full DNA profiles down to 63pg input DNA. The power of the HIrisPlex system to predict hair colour was assessed in 1551 individuals from three different parts of Europe showing different hair colour frequencies. Using a 20% subset of individuals, while 80% were used for model building, the individual-based prediction accuracies employing a prediction-guided approach were 69.5% for blond, 78.5% for brown, 80% for red and 87.5% for black hair colour on average. Results from HIrisPlex analysis on worldwide DNA samples imply that HIrisPlex hair colour prediction is reliable independent of bio-geographic ancestry (similar to previous IrisPlex findings for eye colour). We furthermore demonstrate that it is possible to infer with a prediction accuracy of >86% if a brown-eyed, black-haired individual is of non-European (excluding regions nearby Europe) versus European (including nearby regions) bio-geographic origin solely from the strength of HIrisPlex eye and hair colour probabilities, which can provide extra intelligence for future forensic applications. The HIrisPlex system introduced here, including a single multiplex test assay, an interactive tool and prediction guide, and recommendations for reporting final outcomes, represents the first tool for simultaneously establishing categorical eye and hair colour of a person from DNA. The practical forensic application of the HIrisPlex system is expected to benefit cases where other avenues of investigation, including STR profiling, provide no leads on who the unknown crime scene sample donor or the unknown missing person might be.

Nonrecombining Y-chromosomal microsatellites (Y-STRs) are widely used to infer population histories, discover genealogical relationships, and identify males for criminal justice purposes. Although a key requirement for their application is reliable mutability knowledge, empirical data are only available for a small number of Y-STRs thus far. To rectify this, we analyzed a large number of 186 Y-STR markers in nearly 2000 DNA-confirmed father-son pairs, covering an overall number of 352,999 meiotic transfers. Following confirmation by DNA sequence analysis, the retrieved mutation data were modeled via a Bayesian approach, resulting in mutation rates from 3.78 × 10(-4) (95% credible interval [CI], 1.38 × 10(-5) - 2.02 × 10(-3)) to 7.44 × 10(-2) (95% CI, 6.51 × 10(-2) - 9.09 × 10(-2)) per marker per generation. With the 924 mutations at 120 Y-STR markers, a nonsignificant excess of repeat losses versus gains (1.16:1), as well as a strong and significant excess of single-repeat versus multirepeat changes (25.23:1), was observed. Although the total repeat number influenced Y-STR locus mutability most strongly, repeat complexity, the length in base pairs of the repeated motif, and the father's age also contributed to Y-STR mutability. To exemplify how to practically utilize this knowledge, we analyzed the 13 most mutable Y-STRs in an independent sample set and empirically proved their suitability for distinguishing close and distantly related males. This finding is expected to revolutionize Y-chromosomal applications in forensic biology, from previous male lineage differentiation toward future male individual identification.

Inter-individual variation in facial shape is one of the most noticeable phenotypes in humans, and it is clearly under genetic regulation; however, almost nothing is known about the genetic basis of normal human facial morphology. We therefore conducted a genome-wide association study for facial shape phenotypes in multiple discovery and replication cohorts, considering almost ten thousand individuals of European descent from several countries. Phenotyping of facial shape features was based on landmark data obtained from three-dimensional head magnetic resonance images (MRIs) and two-dimensional portrait images. We identified five independent genetic loci associated with different facial phenotypes, suggesting the involvement of five candidate genes—PRDM16, PAX3, TP63, C5orf50, and COL17A1—in the determination of the human face. Three of them have been implicated previously in vertebrate craniofacial development and disease, and the remaining two genes potentially represent novel players in the molecular networks governing facial development. Our finding at PAX3 influencing the position of the nasion replicates a recent GWAS of facial features. In addition to the reported GWA findings, we established links between common DNA variants previously associated with NSCL/P at 2p21, 8q24, 13q31, and 17q22 and normal facial-shape variations based on a candidate gene approach. Overall our study implies that DNA variants in genes essential for craniofacial development contribute with relatively small effect size to the spectrum of normal variation in human facial morphology. This observation has important consequences for future studies aiming to identify more genes involved in the human facial morphology, as well as for potential applications of DNA prediction of facial shape such as in future forensic applications.

Chromatin remodeling complexes are known to modify chemical marks on histones or to induce conformational changes in the chromatin in order to regulate transcription. De novo dominant mutations in different members of the SWI/SNF chromatin remodeling complex have recently been described in individuals with Coffin–Siris (CSS) and Nicolaides–Baraitser (NCBRS) syndromes. Using a combination of whole-exome sequencing, NGS-based sequencing of 23 SWI/SNF complex genes, and molecular karyotyping in 46 previously undescribed individuals with CSS and NCBRS, we identified a de novo 1-bp deletion (c.677delG, p.Gly226Glufs*53) and a de novo missense mutation (c.914G>T, p.Cys305Phe) in PHF6 in two individuals diagnosed with CSS. PHF6 interacts with the nucleosome remodeling and deacetylation (NuRD) complex implicating dysfunction of a second chromatin remodeling complex in the pathogenesis of CSS-like phenotypes. Altogether, we identified mutations in 60% of the studied individuals (28/46), located in the genes ARID1A, ARID1B, SMARCB1, SMARCE1, SMARCA2, and PHF6. We show that mutations in ARID1B are the main cause of CSS, accounting for 76% of identified mutations. ARID1B and SMARCB1 mutations were also found in individuals with the initial diagnosis of NCBRS. These individuals apparently belong to a small subset who display an intermediate CSS/NCBRS phenotype. Our proposed genotype-phenotype correlations are important for molecular screening strategies.