Summary: The Sequence Alignment/Map (SAM) format is a generic alignment format for storing read alignments against reference sequences, supporting short and long reads (up to 128 Mbp) produced by different sequencing platforms. It is flexible in style, compact in size, efficient in random access and is the format in which alignments from the 1000 Genomes Project are released. SAMtools implements various utilities for post-processing alignments in the SAM format, such as indexing, variant caller and alignment viewer, and thus provides universal tools for processing read alignments.

The 1000 Genomes Project set out to provide a comprehensive description of common human genetic variation by applying whole-genome sequencing to a diverse set of individuals from multiple populations. Here we report completion of the project, having reconstructed the genomes of 2,504 individuals from 26 populations using a combination of low-coverage whole-genome sequencing, deep exome sequencing, and dense microarray genotyping. We characterized a broad spectrum of genetic variation, in total over 88 million variants (84.7 million single nucleotide polymorphisms (SNPs), 3.6 million short insertions/deletions (indels), and 60,000 structural variants), all phased onto high-quality haplotypes. This resource includes >99% of SNP variants with a frequency of >1% for a variety of ancestries. We describe the distribution of genetic variation across the global sample, and discuss the implications for common disease studies. Results for the final phase of the 1000 Genomes Project are presented including whole-genome sequencing, targeted exome sequencing, and genotyping on high-density SNP arrays for 2,504 individuals across 26 populations, providing a global reference data set to support biomedical genetics. The 1000 Genomes Project has sought to comprehensively catalogue human genetic variation across populations, providing a valuable public genomic resource. The data obtained so far have found applications ranging from association studies and fine mapping studies to the filtering of likely neutral variants in rare-disease cohorts. The authors now report on the final phase of the project, phase 3, which covers previously uncharacterized areas of human genetic diversity in terms of the populations sampled and categories of characterized variation. The sample now includes more than 2,500 individuals from 26 global populations, with low coverage whole-genome and deep exome sequencing, as well as dense microarray genotyping. They find that while most common variants are shared across populations, rarer variants are often restricted to closely related populations. The authors also demonstrate the use of the phase 3 dataset as a reference panel for imputation to improve the resolution in genetic association studies.

Abstract Summary: The variant call format (VCF) is a generic format for storing DNA polymorphism data such as SNPs, insertions, deletions and structural variants, together with rich annotations. VCF is usually stored in a compressed manner and can be indexed for fast data retrieval of variants from a range of positions on the reference genome. The format was developed for the 1000 Genomes Project, and has also been adopted by other projects such as UK10K, dbSNP and the NHLBI Exome Project. VCFtools is a software suite that implements various utilities for processing VCF files, including validation, merging, comparing and also provides a general Perl API. Availability: http://vcftools.sourceforge.net Contact: rd@sanger.ac.uk

By characterizing the geographic and functional spectrum of human genetic variation, the 1000 Genomes Project aims to build a resource to help to understand the genetic contribution to disease. Here we describe the genomes of 1,092 individuals from 14 populations, constructed using a combination of low-coverage whole-genome and exome sequencing. By developing methods to integrate information across several algorithms and diverse data sources, we provide a validated haplotype map of 38 million single nucleotide polymorphisms, 1.4 million short insertions and deletions, and more than 14,000 larger deletions. We show that individuals from different populations carry different profiles of rare and common variants, and that low-frequency variants show substantial geographic differentiation, which is further increased by the action of purifying selection. We show that evolutionary conservation and coding consequence are key determinants of the strength of purifying selection, that rare-variant load varies substantially across biological pathways, and that each individual contains hundreds of rare non-coding variants at conserved sites, such as motif-disrupting changes in transcription-factor-binding sites. This resource, which captures up to 98% of accessible single nucleotide polymorphisms at a frequency of 1% in related populations, enables analysis of common and low-frequency variants in individuals from diverse, including admixed, populations. This report from the 1000 Genomes Project describes the genomes of 1,092 individuals from 14 human populations, providing a resource for common and low-frequency variant analysis in individuals from diverse populations; hundreds of rare non-coding variants at conserved sites, such as motif-disrupting changes in transcription-factor-binding sites, can be found in each individual. This report by the 1000 Genomes Project describes the genomes of 1,092 individuals from 14 human populations, providing a resource for common and low-frequency variant analysis in individuals from diverse populations. Integrative analyses reveal profiles of rare and common variants in different populations. The frequencies of rare variants vary across biological pathways, and hundreds of rare, non-coding variants at conserved sites — such as changes disrupting transcription-factor motifs — can be established for each individual.

Christian Fuchsberger, Gonçalo Abecasis and colleagues describe a new web-based imputation service that enables rapid imputation of large numbers of samples and allows convenient access to large reference panels of sequenced individuals. Their state space reduction provides a computationally efficient solution for genotype imputation with no loss in imputation accuracy. Genotype imputation is a key component of genetic association studies, where it increases power, facilitates meta-analysis, and aids interpretation of signals. Genotype imputation is computationally demanding and, with current tools, typically requires access to a high-performance computing cluster and to a reference panel of sequenced genomes. Here we describe improvements to imputation machinery that reduce computational requirements by more than an order of magnitude with no loss of accuracy in comparison to standard imputation tools. We also describe a new web-based service for imputation that facilitates access to new reference panels and greatly improves user experience and productivity.

Identifying the genetic variants that increase the risk of type 2 diabetes (T2D) in humans has been a formidable challenge. Adopting a genome-wide association strategy, we genotyped 1161 Finnish T2D cases and 1174 Finnish normal glucose-tolerant (NGT) controls with >315,000 single-nucleotide polymorphisms (SNPs) and imputed genotypes for an additional >2 million autosomal SNPs. We carried out association analysis with these SNPs to identify genetic variants that predispose to T2D, compared our T2D association results with the results of two similar studies, and genotyped 80 SNPs in an additional 1215 Finnish T2D cases and 1258 Finnish NGT controls. We identify T2D-associated variants in an intergenic region of chromosome 11p12, contribute to the identification of T2D-associated variants near the genes IGF2BP2 and CDKAL1 and the region of CDKN2A and CDKN2B , and confirm that variants near TCF7L2 , SLC30A8 , HHEX , FTO , PPARG , and KCNJ11 are associated with T2D risk. This brings the number of T2D loci now confidently identified to at least 10.

Summary: Genome-wide association studies (GWAS) have revealed hundreds of loci associated with common human genetic diseases and traits. We have developed a web-based plotting tool that provides fast visual display of GWAS results in a publication-ready format. LocusZoom visually displays regional information such as the strength and extent of the association signal relative to genomic position, local linkage disequilibrium (LD) and recombination patterns and the positions of genes in the region.

Abstract Genome‐wide association studies (GWAS) can identify common alleles that contribute to complex disease susceptibility. Despite the large number of SNPs assessed in each study, the effects of most common SNPs must be evaluated indirectly using either genotyped markers or haplotypes thereof as proxies. We have previously implemented a computationally efficient Markov Chain framework for genotype imputation and haplotyping in the freely available MaCH software package. The approach describes sampled chromosomes as mosaics of each other and uses available genotype and shotgun sequence data to estimate unobserved genotypes and haplotypes, together with useful measures of the quality of these estimates. Our approach is already widely used to facilitate comparison of results across studies as well as meta‐analyses of GWAS. Here, we use simulations and experimental genotypes to evaluate its accuracy and utility, considering choices of genotyping panels, reference panel configurations, and designs where genotyping is replaced with shotgun sequencing. Importantly, we show that genotype imputation not only facilitates cross study analyses but also increases power of genetic association studies. We show that genotype imputation of common variants using HapMap haplotypes as a reference is very accurate using either genome‐wide SNP data or smaller amounts of data typical in fine‐mapping studies. Furthermore, we show the approach is applicable in a variety of populations. Finally, we illustrate how association analyses of unobserved variants will benefit from ongoing advances such as larger HapMap reference panels and whole genome shotgun sequencing technologies. Genet. Epidemiol . 34: 816‐834, 2010. © 2010 Wiley‐Liss, Inc.

Gonçalo Abecasis, Jonathan Marchini and colleagues report a pre-phasing strategy for genotype imputation in GWAS, which they show maintains accuracy while substantially lowering computational costs. Their approach has been implemented in both MACH and IMPUTE 2.0 software. The 1000 Genomes Project and disease-specific sequencing efforts are producing large collections of haplotypes that can be used as reference panels for genotype imputation in genome-wide association studies (GWAS). However, imputing from large reference panels with existing methods imposes a high computational burden. We introduce a strategy called 'pre-phasing' that maintains the accuracy of leading methods while reducing computational costs. We first statistically estimate the haplotypes for each individual within the GWAS sample (pre-phasing) and then impute missing genotypes into these estimated haplotypes. This reduces the computational cost because (i) the GWAS samples must be phased only once, whereas standard methods would implicitly repeat phasing with each reference panel update, and (ii) it is much faster to match a phased GWAS haplotype to one reference haplotype than to match two unphased GWAS genotypes to a pair of reference haplotypes. We implemented our approach in the MaCH and IMPUTE2 frameworks, and we tested it on data sets from the Wellcome Trust Case Control Consortium 2 (WTCCC2), the Genetic Association Information Network (GAIN), the Women's Health Initiative (WHI) and the 1000 Genomes Project. This strategy will be particularly valuable for repeated imputation as reference panels evolve.