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.

Single-molecule, real-time DNA sequencing is used to analyse a haploid human genome (CHM1), thus closing or extending more than half of the remaining 164 euchromatic gaps in the human genome; the complete sequences of euchromatic structural variants (including inversions, complex insertions and tandem repeats) are resolved at the base-pair level, suggesting that a greater complexity of the human genome can now be accessed. The human genome is considered sequenced, yet more than 160 euchromatic gaps remain and many aspects of its structural variation are poorly understood. Evan Eichler and colleagues sequenced and analysed a haploid human genome (CHM1) using single-molecule, real-time (SMRT) DNA sequencing and by doing so closed — or in some cases extended — more than half of the remaining gaps. They also resolved the complete sequence of numerous euchromatic structural variants at the base-pair level, revealing inversions, complex insertions and long tracts of tandem repeats, some of them previously unknown. Thanks to the longer-read sequencing technology applied here, the complexity of the human genome that stems from variation of longer and more complex repetitive DNA can now be largely resolved. The human genome is arguably the most complete mammalian reference assembly1,2,3, yet more than 160 euchromatic gaps remain4,5,6 and aspects of its structural variation remain poorly understood ten years after its completion7,8,9. To identify missing sequence and genetic variation, here we sequence and analyse a haploid human genome (CHM1) using single-molecule, real-time DNA sequencing10. We close or extend 55% of the remaining interstitial gaps in the human GRCh37 reference genome—78% of which carried long runs of degenerate short tandem repeats, often several kilobases in length, embedded within (G+C)-rich genomic regions. We resolve the complete sequence of 26,079 euchromatic structural variants at the base-pair level, including inversions, complex insertions and long tracts of tandem repeats. Most have not been previously reported, with the greatest increases in sensitivity occurring for events less than 5 kilobases in size. Compared to the human reference, we find a significant insertional bias (3:1) in regions corresponding to complex insertions and long short tandem repeats. Our results suggest a greater complexity of the human genome in the form of variation of longer and more complex repetitive DNA that can now be largely resolved with the application of this longer-read sequencing technology.

After two decades of improvements, the current human reference genome (GRCh38) is the most accurate and complete vertebrate genome ever produced. However, no single chromosome has been finished end to end, and hundreds of unresolved gaps persist1,2. Here we present a human genome assembly that surpasses the continuity of GRCh382, along with a gapless, telomere-to-telomere assembly of a human chromosome. This was enabled by high-coverage, ultra-long-read nanopore sequencing of the complete hydatidiform mole CHM13 genome, combined with complementary technologies for quality improvement and validation. Focusing our efforts on the human X chromosome3, we reconstructed the centromeric satellite DNA array (approximately 3.1 Mb) and closed the 29 remaining gaps in the current reference, including new sequences from the human pseudoautosomal regions and from cancer-testis ampliconic gene families (CT-X and GAGE). These sequences will be integrated into future human reference genome releases. In addition, the complete chromosome X, combined with the ultra-long nanopore data, allowed us to map methylation patterns across complex tandem repeats and satellite arrays. Our results demonstrate that finishing the entire human genome is now within reach, and the data presented here will facilitate ongoing efforts to complete the other human chromosomes.

We report the identification of a recurrent, 520-kb 16p12.1 microdeletion associated with childhood developmental delay. The microdeletion was detected in 20 of 11,873 cases compared with 2 of 8,540 controls (P = 0.0009, OR = 7.2) and replicated in a second series of 22 of 9,254 cases compared with 6 of 6,299 controls (P = 0.028, OR = 2.5). Most deletions were inherited, with carrier parents likely to manifest neuropsychiatric phenotypes compared to non-carrier parents (P = 0.037, OR = 6). Probands were more likely to carry an additional large copy-number variant when compared to matched controls (10 of 42 cases, P = 5.7 x 10(-5), OR = 6.6). The clinical features of individuals with two mutations were distinct from and/or more severe than those of individuals carrying only the co-occurring mutation. Our data support a two-hit model in which the 16p12.1 microdeletion both predisposes to neuropsychiatric phenotypes as a single event and exacerbates neurodevelopmental phenotypes in association with other large deletions or duplications. Analysis of other microdeletions with variable expressivity indicates that this two-hit model might be more generally applicable to neuropsychiatric disease.

Cytogenetic and morphologic analysis of 23 hydatidiform moles allowed the division into at least two syndromes: (1) the syndrome of complete (classical) mole is without an ascertainable embryo/fetus, gives a diploid karyotype, and manifests a progressive fluid engorgement of the villi as well as a gross, haphazardly distributed trophoblastic hyperplasia; (2) the syndrome of partial (incomplete) mole has an ascertainable fetus (alive or dead), gives a triploid karyotype, and exhibits a slowly progressing hydatidiform swelling in the presence of functioning villous capillaries that spares many villi; trophoblastic immaturity is constant and focal hyperplasia is inconspicuous but present. A single case of diploid mole with unusual morphologic features, complete with a fetus, may herald yet another syndrome. Human chorionic gonadotropin levels were initialy high in practically all cases. There was no malignant trophoblastic disease in this small series, but a plea is made that partial moles be followed carefully in order to establish their relation to choriocarcinoma.

We present a detailed analysis of the content and organization of the human immunoglobulin VH locus. Human VH genes representing five distinct families were isolated, including novel members belonging to two out of three of the known VH gene families (VH1 and VH3) as well as members of three new families (VH4, VH5, and VH6). We report the nucleotide sequence of 21 novel human VH genes, many of which belong to the three new VH gene families. In addition, we provide a preliminary analysis of the organization of these gene segments over the full extent of the locus. We find that the five multi-segment families (VH1-5) have members interspersed over nearly the full 1500-2000 kb of the VH locus, and estimate that the entire heavy chain locus covers 2500 kb or less. Finally, we provide the first report of the physical linkage of the variable and constant loci of a human Ig gene family by demonstrating that the most proximal known human VH segments lie within 100 kb of the constant region locus.

Hydatidiform moles studied with respect to cytogenetics and morphologic constitution were divisible into two syndromes: (1) complete, classical mole giving a 46 XX karyotype and (2) partial mole with an ascertainable embryo/fetus, dead or alive, giving a triploid karyotype. The complete moles undergo early and total hydatidiform change from edema to central cistern formation, the embryos proper having perished before the establishment of a functioning circulation. Trophoblastic hyperplasia is conspicuous and the connection of this group to chorioncarcinoma is well established. In the partial moles there is a slow hydatidiform change that affects only some of the villi, but which seems to follow along the same lines as in complete moles. There is focal moderate trophoblastic hyperplasia, villous "trophoblastic inclusions" (that appear in triploids only), and maze-like central cisterns in the later cases. The partial mole, 46 XX, partakes of morphologic characteristics of both main syndromes and may represent an unusual syndrome of its own. The two main syndromes can now be distinguished morphologically and the question of the association of the partial mole with chorioncarcinoma has now to be further studied.

Autism spectrum disorders (ASD) and schizophrenia are neurodevelopmental disorders for which recent evidence indicates an important etiologic role for rare copy number variants (CNVs) and suggests common genetic mechanisms. We performed cytogenomic array analysis in a discovery sample of patients with neurodevelopmental disorders referred for clinical testing. We detected a recurrent 1.4 Mb deletion at 17q12, which harbors HNF1B, the gene responsible for renal cysts and diabetes syndrome (RCAD), in 18/15,749 patients, including several with ASD, but 0/4,519 controls. We identified additional shared phenotypic features among nine patients available for clinical assessment, including macrocephaly, characteristic facial features, renal anomalies, and neurocognitive impairments. In a large follow-up sample, the same deletion was identified in 2/1,182 ASD/neurocognitive impairment and in 4/6,340 schizophrenia patients, but in 0/47,929 controls (corrected p = 7.37 × 10−5). These data demonstrate that deletion 17q12 is a recurrent, pathogenic CNV that confers a very high risk for ASD and schizophrenia and show that one or more of the 15 genes in the deleted interval is dosage sensitive and essential for normal brain development and function. In addition, the phenotypic features of patients with this CNV are consistent with a contiguous gene syndrome that extends beyond RCAD, which is caused by HNF1B mutations only. Autism spectrum disorders (ASD) and schizophrenia are neurodevelopmental disorders for which recent evidence indicates an important etiologic role for rare copy number variants (CNVs) and suggests common genetic mechanisms. We performed cytogenomic array analysis in a discovery sample of patients with neurodevelopmental disorders referred for clinical testing. We detected a recurrent 1.4 Mb deletion at 17q12, which harbors HNF1B, the gene responsible for renal cysts and diabetes syndrome (RCAD), in 18/15,749 patients, including several with ASD, but 0/4,519 controls. We identified additional shared phenotypic features among nine patients available for clinical assessment, including macrocephaly, characteristic facial features, renal anomalies, and neurocognitive impairments. In a large follow-up sample, the same deletion was identified in 2/1,182 ASD/neurocognitive impairment and in 4/6,340 schizophrenia patients, but in 0/47,929 controls (corrected p = 7.37 × 10−5). These data demonstrate that deletion 17q12 is a recurrent, pathogenic CNV that confers a very high risk for ASD and schizophrenia and show that one or more of the 15 genes in the deleted interval is dosage sensitive and essential for normal brain development and function. In addition, the phenotypic features of patients with this CNV are consistent with a contiguous gene syndrome that extends beyond RCAD, which is caused by HNF1B mutations only.

Abstract The complete assembly of each human chromosome is essential for understanding human biology and evolution 1,2 . Here we use complementary long-read sequencing technologies to complete the linear assembly of human chromosome 8. Our assembly resolves the sequence of five previously long-standing gaps, including a 2.08-Mb centromeric α-satellite array, a 644-kb copy number polymorphism in the β-defensin gene cluster that is important for disease risk, and an 863-kb variable number tandem repeat at chromosome 8q21.2 that can function as a neocentromere. We show that the centromeric α-satellite array is generally methylated except for a 73-kb hypomethylated region of diverse higher-order α-satellites enriched with CENP-A nucleosomes, consistent with the location of the kinetochore. In addition, we confirm the overall organization and methylation pattern of the centromere in a diploid human genome. Using a dual long-read sequencing approach, we complete high-quality draft assemblies of the orthologous centromere from chromosome 8 in chimpanzee, orangutan and macaque to reconstruct its evolutionary history. Comparative and phylogenetic analyses show that the higher-order α-satellite structure evolved in the great ape ancestor with a layered symmetry, in which more ancient higher-order repeats locate peripherally to monomeric α-satellites. We estimate that the mutation rate of centromeric satellite DNA is accelerated by more than 2.2-fold compared to the unique portions of the genome, and this acceleration extends into the flanking sequence.