Analysis of de novo CNVs (dnCNVs) from the full Simons Simplex Collection (SSC) (N = 2,591 families) replicates prior findings of strong association with autism spectrum disorders (ASDs) and confirms six risk loci (1q21.1, 3q29, 7q11.23, 16p11.2, 15q11.2-13, and 22q11.2). The addition of published CNV data from the Autism Genome Project (AGP) and exome sequencing data from the SSC and the Autism Sequencing Consortium (ASC) shows that genes within small de novo deletions, but not within large dnCNVs, significantly overlap the high-effect risk genes identified by sequencing. Alternatively, large dnCNVs are found likely to contain multiple modest-effect risk genes. Overall, we find strong evidence that de novo mutations are associated with ASD apart from the risk for intellectual disability. Extending the transmission and de novo association test (TADA) to include small de novo deletions reveals 71 ASD risk loci, including 6 CNV regions (noted above) and 65 risk genes (FDR ≤ 0.1).

Mark Daly and colleagues present a statistical framework to evaluate the role of de novo mutations in human disease by calibrating a model of de novo mutation rates at the individual gene level. The mutation probabilities defined by their model and list of constrained genes can be used to help identify genetic variants that have a significant role in disease. Spontaneously arising (de novo) mutations have an important role in medical genetics. For diseases with extensive locus heterogeneity, such as autism spectrum disorders (ASDs), the signal from de novo mutations is distributed across many genes, making it difficult to distinguish disease-relevant mutations from background variation. Here we provide a statistical framework for the analysis of excesses in de novo mutation per gene and gene set by calibrating a model of de novo mutation. We applied this framework to de novo mutations collected from 1,078 ASD family trios, and, whereas we affirmed a significant role for loss-of-function mutations, we found no excess of de novo loss-of-function mutations in cases with IQ above 100, suggesting that the role of de novo mutations in ASDs might reside in fundamental neurodevelopmental processes. We also used our model to identify ∼1,000 genes that are significantly lacking in functional coding variation in non-ASD samples and are enriched for de novo loss-of-function mutations identified in ASD cases.

Genes overlap across psychiatric disease Many genome-wide studies have examined genes associated with a range of neuropsychiatric disorders. However, the degree to which the genetic underpinnings of these diseases differ or overlap is unknown. Gandal et al. performed meta-analyses of transcriptomic studies covering five major psychiatric disorders and compared cases and controls to identify coexpressed gene modules. From this, they found that some psychiatric disorders share global gene expression patterns. This overlap in polygenic traits in neuropsychiatric disorders may allow for better diagnosis and treatment. Science , this issue p. 693

Male preponderance in autistic behavioral impairment has been explained in terms of a hypothetical protective effect of female sex, yet little research has tested this hypothesis empirically. If females are protected, they should require greater etiologic load to manifest the same degree of impairment as males. The objective of this analysis was to examine whether greater familial etiologic load was associated with quantitative autistic impairments in females compared with males. Subjects included 3,842 dizygotic twin pairs from the Twins Early Development Study (TEDS) and 6,040 dizygotic twin pairs from the Child and Adolescent Twin Study of Sweden (CATSS). In both samples, we compared sibling autistic traits between female and male probands, who were identified as children scoring in the top 90th and 95th percentiles of the population autistic trait distributions. In both TEDS and CATSS, siblings of female probands above the 90th percentile had significantly more autistic impairments than the siblings of male probands above the 90th percentile. The siblings of female probands above the 90th percentile also had greater categorical recurrence risk in both TEDS and CATSS. Results were similar in probands above the 95th percentile. This finding, replicated across two nationally-representative samples, suggests that female sex protects girls from autistic impairments and that girls may require greater familial etiologic load to manifest the phenotype. It provides empirical support for the hypothesis of a female protective effect against autistic behavior and can be used to inform and interpret future gene finding efforts in autism spectrum disorders.

Autism spectrum disorder (ASD) risk is influenced by common polygenic and de novo variation. We aimed to clarify the influence of polygenic risk for ASD and to identify subgroups of ASD cases, including those with strongly acting de novo variants, in which polygenic risk is relevant. Using a novel approach called the polygenic transmission disequilibrium test and data from 6,454 families with a child with ASD, we show that polygenic risk for ASD, schizophrenia, and greater educational attainment is over-transmitted to children with ASD. These findings hold independent of proband IQ. We find that polygenic variation contributes additively to risk in ASD cases who carry a strongly acting de novo variant. Lastly, we show that elements of polygenic risk are independent and differ in their relationship with phenotype. These results confirm that the genetic influences on ASD are additive and suggest that they create risk through at least partially distinct etiologic pathways.

Elise Robinson, Mark Daly and colleagues present an analysis of genetic data from autism spectrum disorder (ASD) and population-based studies and find evidence for genetic correlations between ASDs and typical variation in social behavior and communication traits. These results may inform genetic models of ASDs and other neuropsychiatric disorders. Almost all genetic risk factors for autism spectrum disorders (ASDs) can be found in the general population, but the effects of this risk are unclear in people not ascertained for neuropsychiatric symptoms. Using several large ASD consortium and population-based resources (total n > 38,000), we find genome-wide genetic links between ASDs and typical variation in social behavior and adaptive functioning. This finding is evidenced through both LD score correlation and de novo variant analysis, indicating that multiple types of genetic risk for ASDs influence a continuum of behavioral and developmental traits, the severe tail of which can result in diagnosis with an ASD or other neuropsychiatric disorder. A continuum model should inform the design and interpretation of studies of neuropsychiatric disease biology.

Recent research has uncovered an important role for de novo variation in neurodevelopmental disorders. Using aggregated data from 9,246 families with autism spectrum disorder, intellectual disability, or developmental delay, we found that ∼1/3 of de novo variants are independently present as standing variation in the Exome Aggregation Consortium's cohort of 60,706 adults, and these de novo variants do not contribute to neurodevelopmental risk. We further used a loss-of-function (LoF)-intolerance metric, pLI, to identify a subset of LoF-intolerant genes containing the observed signal of associated de novo protein-truncating variants (PTVs) in neurodevelopmental disorders. LoF-intolerant genes also carry a modest excess of inherited PTVs, although the strongest de novo-affected genes contribute little to this excess, thus suggesting that the excess of inherited risk resides in lower-penetrant genes. These findings illustrate the importance of population-based reference cohorts for the interpretation of candidate pathogenic variants, even for analyses of complex diseases and de novo variation.

Context

Genetic factors play an important role in the etiology of both autism spectrum disorders and autistic traits. However, little is known about the etiologic consistency of autistic traits across levels of severity.

Objective

To compare the etiology of typical variation in autistic traits with extreme scoring groups (including top 1%) that mimicked the prevalence of diagnosed autism spectrum disorders in the largest twin study of autistic traits to date.

Design

Twin study using phenotypic analysis and genetic model-fitting in the total sample and extreme scoring groups (top 5%, 2.5%, and 1%).

Setting

A nationally representative twin sample from the general population of England.

Participants

The families of 5968 pairs aged 12 years old in the Twins’ Early Development Study.

Main Outcome Measure

Autistic traits as assessed by the Childhood Autism Spectrum Test.

Results

Moderate to high heritability was found for autistic traits in the general population (53% for females and 72% for males). High heritability was found in extreme-scoring groups. There were no differences in heritability among extreme groups or between the extreme groups and the general population. A continuous liability shift toward autistic trait affectedness was seen in the cotwins of individuals scoring in the top 1%, suggesting shared etiology between extreme scores and normal variation.

Conclusion

This evidence of similar etiology across normal variation and the extremes has implications for molecular genetic models of autism spectrum disorders and for conceptualizing autism spectrum disorders as the quantitative extreme of a neurodevelopmental continuum.