Resolving genomic structural variation Many human genomes have been reported using short-read technology, but it is difficult to resolve structural variants (SVs) using these data. These genomes thus lack comprehensive comparisons among individuals and populations. Ebert et al. used long-read structural variation calling across 64 human genomes representing diverse populations and developed new methods for variant discovery. This approach allowed the authors to increase the number of confirmed SVs and to describe the patterns of variation across populations. From this dataset, they identified quantitative trait loci affected by these SVs and determined how they may affect gene expression and potentially explain genome-wide association study hits. This information provides insights into patterns of normal human genetic variation and generates reference genomes that better represent the diversity of our species. Science , this issue p. eabf7117

The 1000 Genomes Project (1kGP) is the largest fully open resource of whole-genome sequencing (WGS) data consented for public distribution without access or use restrictions. The final, phase 3 release of the 1kGP included 2,504 unrelated samples from 26 populations and was based primarily on low-coverage WGS. Here, we present a high-coverage 3,202-sample WGS 1kGP resource, which now includes 602 complete trios, sequenced to a depth of 30X using Illumina. We performed single-nucleotide variant (SNV) and short insertion and deletion (INDEL) discovery and generated a comprehensive set of structural variants (SVs) by integrating multiple analytic methods through a machine learning model. We show gains in sensitivity and precision of variant calls compared to phase 3, especially among rare SNVs as well as INDELs and SVs spanning frequency spectrum. We also generated an improved reference imputation panel, making variants discovered here accessible for association studies.

To complement the human Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) project and to enable a broad range of mouse genomics efforts, the Mouse ENCODE Consortium is applying the same experimental pipelines developed for human ENCODE to annotate the mouse genome.

Abstract Long-read and strand-specific sequencing technologies together facilitate the de novo assembly of high-quality haplotype-resolved human genomes without parent–child trio data. We present 64 assembled haplotypes from 32 diverse human genomes. These highly contiguous haplotype assemblies (average contig N50: 26 Mbp) integrate all forms of genetic variation across even complex loci such as the major histocompatibility complex. We focus on 107,590 structural variants (SVs), of which 68% are inaccessible by short-read sequencing. We identify new SV hotspots (spanning megabases of gene-rich sequence), characterize 130 of the most active mobile element source elements, and find that 63% of all SVs arise by homology-mediated mechanisms—a twofold increase from previous studies. Our resource now enables reliable graph-based genotyping from short reads of up to 50,340 SVs, resulting in the identification of 1,525 expression quantitative trait loci (SV-eQTLs) as well as SV candidates for adaptive selection within the human population.

Abstract Massively parallel DNA sequencing is a critical tool for genomics research and clinical diagnostics. Here, we describe the Association of Biomolecular Resource Facilities (ABRF) Next-Generation Sequencing Phase II Study to measure quality and reproducibility of DNA sequencing. Replicates of human and bacterial reference DNA samples were generated across multiple sequencing platforms, including well-established technologies such as Illumina, ThermoFisher Ion Torrent, and Pacific Biosciences, as well as emerging technologies such as BGI, Genapsys, and Oxford Nanopore. A total of 202 datasets were generated to investigate the performance of a total of 16 sequencing platforms, including mappability of reads, coverage and error rates in difficult genomic regions, and detection of small-scale polymorphisms and large-scale structural variants. This study provides a comprehensive baseline resource for continual benchmarking as chemistries, methods, and platforms evolve for DNA sequencing.

Autism is a highly heritable, complex disorder where de novo mutation (DNM) variation contributes significantly to disease risk. Using whole-genome sequencing data from 3,474 families, we investigate another source of large-effect risk variation, ultra-rare mutations. We report and replicate a transmission disequilibrium of private likely-gene disruptive (LGD) mutations in probands but find that 95% of this burden resides outside of known DNM-enriched genes. This variant class more strongly affects multiplex family probands and supports a multi-hit model for autism. Candidate genes with private LGD variants preferentially transmitted to probands converge on the E3 ubiquitin-protein ligase complex, intracellular transport, and Erb signaling protein networks. We estimate these mutations are ~2.5 generations old and significantly younger than other mutations of similar type and frequency in siblings. Overall, private LGD variants are under strong purifying selection and act on a distinct set of genes not yet associated with autism.

Summary Genome in a Bottle (GIAB) benchmarks have been widely used to help validate clinical sequencing pipelines and develop new variant calling and sequencing methods. Here, we use accurate linked reads and long reads to expand the prior benchmarks in 7 samples to include difficult-to-map regions and segmental duplications that are not readily accessible to short reads. Our new benchmark adds more than 300,000 SNVs, 50,000 indels, and 16 % new exonic variants, many in challenging, clinically relevant genes not previously covered (e.g., PMS2 ). For HG002, we include 92% of the autosomal GRCh38 assembly, while excluding problematic regions for benchmarking small variants (e.g., copy number variants and reference errors) that should not have been in the previous version, which included 85% of GRCh38. By including difficult-to-map regions, this benchmark identifies eight times more false negatives in a short read variant call set relative to our previous benchmark.We have demonstrated the utility of this benchmark to reliably identify false positives and false negatives across technologies in more challenging regions, which enables continued technology and bioinformatics development.

Abstract Previous research in autism and other neurodevelopmental disorders (NDDs) has indicated an important contribution of de novo protein-coding variants within specific genes. The role of de novo noncoding variation has been observable as a general increase in genetic burden but has yet to be resolved to individual functional elements. In this study, we assessed whole-genome sequencing data in 2,671 families with autism, with a specific focus on de novo variation in enhancers with previously characterized in vivo activity. We identified three independent de novo mutations limited to individuals with autism in the enhancer hs737. These mutations result in similar phenotypic characteristics, affect enhancer activity in vitro , and preferentially occur in AAT motifs in the enhancer with predicted disruptions of transcription factor binding. We also find that hs737 is enriched for copy number variation in individuals with NDDs, is dosage sensitive in the human population, is brain-specific, and targets the NDD gene EBF3 that is genome-wide significant for protein coding de novo variants, demonstrating the importance of understanding all forms of variation in the genome. One Sentence Summary Whole-genome sequencing in thousands of families reveals variants relevant to simplex autism in a brain enhancer of the well-established neurodevelopmental disorder gene EBF3 .

SUMMARY The 1000 Genomes Project (1kGP) is the largest fully open resource of whole genome sequencing (WGS) data consented for public distribution of raw sequence data without access or use restrictions. The final release of the 1kGP included 2,504 unrelated samples from 26 populations and was based primarily on low coverage WGS. Here, we present a new, high coverage 3,202-sample WGS 1kGP resource, sequenced to a targeted depth of 30X using the Illumina NovaSeq 6000 system, which now includes 602 complete trios. We performed SNV/INDEL calling against the GRCh38 reference using GATK’s HaplotypeCaller, and generated a comprehensive set of SVs by integrating multiple analytic methods through a sophisticated machine learning model. We make all the data generated as part of this project publicly available and we envision it to become the new de facto public resource for the worldwide genomics and genetics community.

The sex chromosomes contain complex, important genes impacting medical phenotypes. This benchmark includes 111,725 variants across the Genome in a Bottle HG002 reference material, advancing variant accuracy across the X and Y chromosomes. This work demonstrates how complete assemblies can expand benchmarks to more difficult regions, while highlighting remaining challenges in variant benchmarking in complex genomic regions such as gene conversions, copy number variable gene arrays, and human satellites.