ABSTRACT Common SNPs are predicted to collectively explain 40-50% of phenotypic variation in human height, but identifying the specific variants and associated regions requires huge sample sizes. Here we show, using GWAS data from 5.4 million individuals of diverse ancestries, that 12,111 independent SNPs that are significantly associated with height account for nearly all of the common SNP-based heritability. These SNPs are clustered within 7,209 non-overlapping genomic segments with a median size of ~90 kb, covering ~21% of the genome. The density of independent associations varies across the genome and the regions of elevated density are enriched for biologically relevant genes. In out-of-sample estimation and prediction, the 12,111 SNPs account for 40% of phenotypic variance in European ancestry populations but only ~10%-20% in other ancestries. Effect sizes, associated regions, and gene prioritization are similar across ancestries, indicating that reduced prediction accuracy is likely explained by linkage disequilibrium and allele frequency differences within associated regions. Finally, we show that the relevant biological pathways are detectable with smaller sample sizes than needed to implicate causal genes and variants. Overall, this study, the largest GWAS to date, provides an unprecedented saturated map of specific genomic regions containing the vast majority of common height-associated variants.

Abstract Biological ageing estimators derived from DNA methylation (DNAm) data are heritable and correlate with morbidity and mortality. Leveraging DNAm and SNP data from >41,000 individuals, we identify 137 genome-wide significant loci (113 novel) from meta-analyses of four epigenetic clocks and epigenetic surrogate markers for granulocyte proportions and plasminogen activator inhibitor 1 levels, respectively. We report strong genetic correlations with longevity and lifestyle factors such as smoking, education, and obesity. Significant associations are observed in polygenic risk score analysis and to a lesser extent in Mendelian randomization analyses. This study illuminates the genetic architecture underlying epigenetic ageing and its shared genetic contributions with lifestyle factors and longevity.

Abstract There is enormous variability in human immune responses to viral infections. However, the genetic factors that underlie this variability are not well characterized. We used VirScan, a high-throughput viral epitope scanning technology, to analyze the antibody binding specificities of twins and SNP-genotyped individuals. These data were used to estimate the heritability and identify genomic loci associated with antibody epitope selection, response breadth, and the control of Epstein-Barr Virus (EBV) viral load. We identified 4 epitopes of EBV that were heritably targeted, and at least two EBNA-2 binding specificities that were associated with variants in the MHC class-II locus. We identified an EBV serosignature that predicted viral load in white blood cells and was associated with genetic variants in the MHC class-I locus. Our study provides a new framework for identifying genes important for pathogen immunity, with specific implications for the genetic architecture of EBV humoral responses and the control of viral load. Abstract Figure

Abstract Variable preferences for different foods are among the main determinants of their intake and are influenced by many factors, including genetics. Despite considerable twins’ heritability, studies aimed at uncovering food-liking genetics have focused mostly on taste receptors. Here, we present the first results of a large-scale genome-wide association study of food liking conducted on 161,625 participants from UK Biobank. Liking was assessed over 139 specific foods using a 9-point hedonic scale. After performing GWAS, we used genetic correlations coupled with structural equation modelling to create a multi-level hierarchical map of food liking. We identified three main dimensions: high caloric foods defined as “Highly palatable”, strong-tasting foods ranging from alcohol to pungent vegetables, defined as “Learned” and finally “Low caloric” foods such as fruit and vegetables. The “Highly palatable” dimension was genetically uncorrelated from the other two, suggesting that two independent processes underlie liking high reward foods and the Learned/Low caloric ones. Genetic correlation analysis with the corresponding food consumption traits revealed a high correlation, while liking showed twice the heritability compared to consumption. For example, fresh fruit liking and consumption showed a genetic correlation of 0.7 with heritabilities of 0.1 and 0.05, respectively. GWAS analysis identified 1401 significant food-liking associations located in 173 genomic loci, with only 11 near taste or olfactory receptors. Genetic correlation with morphological and functional brain data (33,224 UKB participants) uncovers associations of the three food-liking dimensions with non-overlapping, distinct brain areas and networks, suggestive of separate neural mechanisms underlying the liking dimensions. In conclusion, we created a comprehensive and data-driven map of the genetic determinants and associated neurophysiological factors of food liking beyond taste receptor genes.

Genome-wide association analyses using high-throughput metabolomics platforms have led to novel insights into the biology of human metabolism1-7. This detailed knowledge of the genetic determinants of systemic metabolism has been pivotal for uncovering how genetic pathways influence biological mechanisms and complex diseases8-11. Here we present a genome-wide association study for 233 circulating metabolic traits quantified by nuclear magnetic resonance spectroscopy in up to 136,016 participants from 33 cohorts. We identify more than 400 independent loci and assign probable causal genes at two-thirds of these using manual curation of plausible biological candidates. We highlight the importance of sample and participant characteristics that can have significant effects on genetic associations. We use detailed metabolic profiling of lipoprotein- and lipid-associated variants to better characterize how known lipid loci and novel loci affect lipoprotein metabolism at a granular level. We demonstrate the translational utility of comprehensively phenotyped molecular data, characterizing the metabolic associations of intrahepatic cholestasis of pregnancy. Finally, we observe substantial genetic pleiotropy for multiple metabolic pathways and illustrate the importance of careful instrument selection in Mendelian randomization analysis, revealing a putative causal relationship between acetone and hypertension. Our publicly available results provide a foundational resource for the community to examine the role of metabolism across diverse diseases.

Abstract Glycaemic traits are used to diagnose and monitor type 2 diabetes, and cardiometabolic health. To date, most genetic studies of glycaemic traits have focused on individuals of European ancestry. Here, we aggregated genome-wide association studies in up to 281,416 individuals without diabetes (30% non-European ancestry) with fasting glucose, 2h-glucose post-challenge, glycated haemoglobin, and fasting insulin data. Trans-ancestry and single-ancestry meta-analyses identified 242 loci (99 novel; P <5×10 -8 ), 80% with no significant evidence of between-ancestry heterogeneity. Analyses restricted to European ancestry individuals with equivalent sample size would have led to 24 fewer new loci. Compared to single-ancestry, equivalent sized trans-ancestry fine-mapping reduced the number of estimated variants in 99% credible sets by a median of 37.5%. Genomic feature, gene-expression and gene-set analyses revealed distinct biological signatures for each trait, highlighting different underlying biological pathways. Our results increase understanding of diabetes pathophysiology by use of trans-ancestry studies for improved power and resolution.

Abstract Pubertal timing varies considerably and is associated with later health outcomes. We performed multi-ancestry genetic analyses on ~800,000 women, identifying 1,080 signals for age at menarche. Collectively, these explained 11% of trait variance in an independent sample. Women at the top and bottom 1% of polygenic risk exhibited ~11 and ~14-fold higher risks of delayed and precocious puberty, respectively. We identified several genes harboring rare loss-of-function variants in ~200,000 women, including variants in ZNF483 , which abolished the impact of polygenic risk. Variant-to-gene mapping approaches and mouse gonadotropin-releasing hormone neuron RNA sequencing implicated 665 genes, including an uncharacterized G-protein-coupled receptor, GPR83 , which amplified the signaling of MC3R , a key nutritional sensor. Shared signals with menopause timing at genes involved in DNA damage response suggest that the ovarian reserve might signal centrally to trigger puberty. We also highlight body size-dependent and independent mechanisms that potentially link reproductive timing to later life disease.

Abstract Handedness, a consistent asymmetry in skill or use of the hands, has been studied extensively because of its relationship with language and the over-representation of left-handers in some neurodevelopmental disorders. Using data from the UK Biobank, 23andMe and 32 studies from the International Handedness Consortium, we conducted the world’s largest genome-wide association study of handedness (1,534,836 right-handed, 194,198 (11.0%) left-handed and 37,637 (2.1%) ambidextrous individuals). We found 41 genetic loci associated with left-handedness and seven associated with ambidexterity at genome-wide levels of significance (P < 5×10 −8 ). Tissue enrichment analysis implicated the central nervous system and brain tissues including the hippocampus and cerebrum in the etiology of left-handedness. Pathways including regulation of microtubules, neurogenesis, axonogenesis and hippocampus morphology were also highlighted. We found suggestive positive genetic correlations between being left-handed and some neuropsychiatric traits including schizophrenia and bipolar disorder. SNP heritability analyses indicated that additive genetic effects of genotyped variants explained 5.9% (95% CI = 5.8% – 6.0%) of the underlying liability of being left-handed, while the narrow sense heritability was estimated at 12% (95% CI = 7.2% – 17.7%). Further, we show that genetic correlation between left-handedness and ambidexterity is low (r g = 0.26; 95% CI = 0.08 – 0.43) implying that these traits are largely influenced by different genetic mechanisms. In conclusion, our findings suggest that handedness, like many other complex traits is highly polygenic, and that the genetic variants that predispose to left-handedness may underlie part of the association with some psychiatric disorders that has been observed in multiple observational studies.

Abstract A major challenge of genome-wide association studies (GWAS) is to translate phenotypic associations into biological insights. Here, we integrate a large GWAS on blood lipids involving 1.6 million individuals from five ancestries with a wide array of functional genomic datasets to discover regulatory mechanisms underlying lipid associations. We first prioritize lipid-associated genes with expression quantitative trait locus (eQTL) colocalizations, and then add chromatin interaction data to narrow the search for functional genes. Polygenic enrichment analysis across 697 annotations from a host of tissues and cell types confirms the central role of the liver in lipid levels, and highlights the selective enrichment of adipose-specific chromatin marks in high-density lipoprotein cholesterol and triglycerides. Overlapping transcription factor (TF) binding sites with lipid-associated loci identifies TFs relevant in lipid biology. In addition, we present an integrative framework to prioritize causal variants at GWAS loci, producing a comprehensive list of candidate causal genes and variants with multiple layers of functional evidence. Two prioritized genes, CREBRF and RRBP1 , show convergent evidence across functional datasets supporting their roles in lipid biology.

Glycosylation is a common post-translational modification of proteins. It is known, that glycans are directly involved in the pathophysiology of every major disease. Defining genetic factors altering glycosylation may provide a basis for novel approaches to diagnostic and pharmaceutical applications. Here, we report a genome-wide association study of the human blood plasma N-glycome composition in up to 3811 people. We discovered and replicated twelve loci. This allowed us to demonstrate a clear overlap in genetic control between total plasma and IgG glycosylation. Majority of loci contained genes that encode enzymes directly involved in glycosylation (FUT3/FUT6, FUT8, B3GAT1, ST6GAL1, B4GALT1, ST3GAL4, MGAT3, and MGAT5). We, however, also found loci that are likely to reflect other, more complex, aspects of plasma glycosylation process. Functional genomic annotation suggested the role of DERL3, which potentially highlights the role of glycoprotein degradation pathway, and such transcription factor as IKZF1.