ChIP-Seq data are usually analyzed with approaches developed for microarrays, which only consider binding events within a few kilobases of a gene. McLean et al. present an algorithm that takes into account more distant events, thereby improving functional annotation of regulatory regions. We developed the Genomic Regions Enrichment of Annotations Tool (GREAT) to analyze the functional significance of cis-regulatory regions identified by localized measurements of DNA binding events across an entire genome. Whereas previous methods took into account only binding proximal to genes, GREAT is able to properly incorporate distal binding sites and control for false positives using a binomial test over the input genomic regions. GREAT incorporates annotations from 20 ontologies and is available as a web application. Applying GREAT to data sets from chromatin immunoprecipitation coupled with massively parallel sequencing (ChIP-seq) of multiple transcription-associated factors, including SRF, NRSF, GABP, Stat3 and p300 in different developmental contexts, we recover many functions of these factors that are missed by existing gene-based tools, and we generate testable hypotheses. The utility of GREAT is not limited to ChIP-seq, as it could also be applied to open chromatin, localized epigenomic markers and similar functional data sets, as well as comparative genomics sets.

Since its initial release in 2000, the human reference genome has covered only the euchromatic fraction of the genome, leaving important heterochromatic regions unfinished. Addressing the remaining 8% of the genome, the Telomere-to-Telomere (T2T) Consortium presents a complete 3.055 billion–base pair sequence of a human genome, T2T-CHM13, that includes gapless assemblies for all chromosomes except Y, corrects errors in the prior references, and introduces nearly 200 million base pairs of sequence containing 1956 gene predictions, 99 of which are predicted to be protein coding. The completed regions include all centromeric satellite arrays, recent segmental duplications, and the short arms of all five acrocentric chromosomes, unlocking these complex regions of the genome to variational and functional studies.

The DNA sequencing technologies in use today produce either highly accurate short reads or less-accurate long reads. We report the optimization of circular consensus sequencing (CCS) to improve the accuracy of single-molecule real-time (SMRT) sequencing (PacBio) and generate highly accurate (99.8%) long high-fidelity (HiFi) reads with an average length of 13.5 kilobases (kb). We applied our approach to sequence the well-characterized human HG002/NA24385 genome and obtained precision and recall rates of at least 99.91% for single-nucleotide variants (SNVs), 95.98% for insertions and deletions <50 bp (indels) and 95.99% for structural variants. Our CCS method matches or exceeds the ability of short-read sequencing to detect small variants and structural variants. We estimate that 2,434 discordances are correctable mistakes in the ‘genome in a bottle’ (GIAB) benchmark set. Nearly all (99.64%) variants can be phased into haplotypes, further improving variant detection. De novo genome assembly using CCS reads alone produced a contiguous and accurate genome with a contig N50 of >15 megabases (Mb) and concordance of 99.997%, substantially outperforming assembly with less-accurate long reads. High-fidelity reads improve variant detection and genome assembly on the PacBio platform.

Abstract Manual review of aligned reads for confirmation and interpretation of variant calls is an important step in many variant calling pipelines for next-generation sequencing (NGS) data. Visual inspection can greatly increase the confidence in calls, reduce the risk of false positives, and help characterize complex events. The Integrative Genomics Viewer (IGV) was one of the first tools to provide NGS data visualization, and it currently provides a rich set of tools for inspection, validation, and interpretation of NGS datasets, as well as other types of genomic data. Here, we present a short overview of IGV's variant review features for both single-nucleotide variants and structural variants, with examples from both cancer and germline datasets. IGV is freely available at https://www.igv.org. Cancer Res; 77(21); e31–34. ©2017 AACR.

The incomplete identification of structural variants (SVs) from whole-genome sequencing data limits studies of human genetic diversity and disease association. Here, we apply a suite of long-read, short-read, strand-specific sequencing technologies, optical mapping, and variant discovery algorithms to comprehensively analyze three trios to define the full spectrum of human genetic variation in a haplotype-resolved manner. We identify 818,054 indel variants (<50 bp) and 27,622 SVs (≥50 bp) per genome. We also discover 156 inversions per genome and 58 of the inversions intersect with the critical regions of recurrent microdeletion and microduplication syndromes. Taken together, our SV callsets represent a three to sevenfold increase in SV detection compared to most standard high-throughput sequencing studies, including those from the 1000 Genomes Project. The methods and the dataset presented serve as a gold standard for the scientific community allowing us to make recommendations for maximizing structural variation sensitivity for future genome sequencing studies.

A computational survey of the human genome has identified more than 500 human-specific genomic deletions that remove sequences that are highly conserved between chimpanzees and other animals. These are genomic changes that are likely to have contributed to unique features of human biology. Most of the deleted sequences are located in the non-coding regions of the genome. The human deletions are enriched near genes involved in neural development and steroid hormone signalling, consistent with previous suggestions that regulatory changes near key developmental control genes may have important roles in human evolution. Specific examples of human-specific deletions include one that affects penile anatomy and another relating to brain size. This study searched for putative regulatory mutations specific to the human lineage by looking for sequences that are highly conserved between chimpanzees and other species, but are not present in the human genome. The 500-odd human-specific deletions tend to lie in non-coding DNA stretches and near genes involved in steroid hormone signalling and neural function. This is illustrated with two examples, one of which affects penile anatomy whereas the other affects brain size. Humans differ from other animals in many aspects of anatomy, physiology, and behaviour; however, the genotypic basis of most human-specific traits remains unknown1. Recent whole-genome comparisons have made it possible to identify genes with elevated rates of amino acid change or divergent expression in humans, and non-coding sequences with accelerated base pair changes2,3,4,5. Regulatory alterations may be particularly likely to produce phenotypic effects while preserving viability, and are known to underlie interesting evolutionary differences in other species6,7,8. Here we identify molecular events particularly likely to produce significant regulatory changes in humans: complete deletion of sequences otherwise highly conserved between chimpanzees and other mammals. We confirm 510 such deletions in humans, which fall almost exclusively in non-coding regions and are enriched near genes involved in steroid hormone signalling and neural function. One deletion removes a sensory vibrissae and penile spine enhancer from the human androgen receptor (AR) gene, a molecular change correlated with anatomical loss of androgen-dependent sensory vibrissae and penile spines in the human lineage9,10. Another deletion removes a forebrain subventricular zone enhancer near the tumour suppressor gene growth arrest and DNA-damage-inducible, gamma (GADD45G)11,12, a loss correlated with expansion of specific brain regions in humans. Deletions of tissue-specific enhancers may thus accompany both loss and gain traits in the human lineage, and provide specific examples of the kinds of regulatory alterations6,7,8 and inactivation events13 long proposed to have an important role in human evolutionary divergence.

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

New technologies and analysis methods are enabling genomic structural variants (SVs) to be detected with ever-increasing accuracy, resolution and comprehensiveness. To help translate these methods to routine research and clinical practice, we developed a sequence-resolved benchmark set for identification of both false-negative and false-positive germline large insertions and deletions. To create this benchmark for a broadly consented son in a Personal Genome Project trio with broadly available cells and DNA, the Genome in a Bottle Consortium integrated 19 sequence-resolved variant calling methods from diverse technologies. The final benchmark set contains 12,745 isolated, sequence-resolved insertion (7,281) and deletion (5,464) calls ≥50 base pairs (bp). The Tier 1 benchmark regions, for which any extra calls are putative false positives, cover 2.51 Gbp and 5,262 insertions and 4,095 deletions supported by ≥1 diploid assembly. We demonstrate that the benchmark set reliably identifies false negatives and false positives in high-quality SV callsets from short-, linked- and long-read sequencing and optical mapping. Detection of structural variants in the human genome is facilitated by a benchmark set of large deletions and insertions.

Clinical exome sequencing is nondiagnostic for about 75% of patients evaluated for a possible Mendelian disorder. We examined the ability of systematic reevaluation of exome data to establish additional diagnoses.The exome and phenotypic data of 40 individuals with previously nondiagnostic clinical exomes were reanalyzed with current software and literature.A definitive diagnosis was identified for 4 of 40 participants (10%). In these cases the causative variant is de novo and in a relevant autosomal-dominant disease gene. The literature to tie the causative genes to the participants' phenotypes was weak, nonexistent, or not readily located at the time of the initial clinical exome reports. At the time of diagnosis by reanalysis, the supporting literature was 1 to 3 years old.Approximately 250 gene-disease and 9,200 variant-disease associations are reported annually. This increase in information necessitates regular reevaluation of nondiagnostic exomes. To be practical, systematic reanalysis requires further automation and more up-to-date variant databases. To maximize the diagnostic yield of exome sequencing, providers should periodically request reanalysis of nondiagnostic exomes. Accordingly, policies regarding reanalysis should be weighed in combination with factors such as cost and turnaround time when selecting a clinical exome laboratory.Genet Med 19 2, 209-214.