Intelligence is highly heritable1 and a major determinant of human health and well-being2. Recent genome-wide meta-analyses have identified 24 genomic loci linked to variation in intelligence3-7, but much about its genetic underpinnings remains to be discovered. Here, we present a large-scale genetic association study of intelligence (n = 269,867), identifying 205 associated genomic loci (190 new) and 1,016 genes (939 new) via positional mapping, expression quantitative trait locus (eQTL) mapping, chromatin interaction mapping, and gene-based association analysis. We find enrichment of genetic effects in conserved and coding regions and associations with 146 nonsynonymous exonic variants. Associated genes are strongly expressed in the brain, specifically in striatal medium spiny neurons and hippocampal pyramidal neurons. Gene set analyses implicate pathways related to nervous system development and synaptic structure. We confirm previous strong genetic correlations with multiple health-related outcomes, and Mendelian randomization analysis results suggest protective effects of intelligence for Alzheimer's disease and ADHD and bidirectional causation with pleiotropic effects for schizophrenia. These results are a major step forward in understanding the neurobiology of cognitive function as well as genetically related neurological and psychiatric disorders.

Estimates from genome-wide association studies (GWAS) of unrelated individuals capture effects of inherited variation (direct effects), demography (population stratification, assortative mating) and relatives (indirect genetic effects). Family-based GWAS designs can control for demographic and indirect genetic effects, but large-scale family datasets have been lacking. We combined data from 178,086 siblings from 19 cohorts to generate population (between-family) and within-sibship (within-family) GWAS estimates for 25 phenotypes. Within-sibship GWAS estimates were smaller than population estimates for height, educational attainment, age at first birth, number of children, cognitive ability, depressive symptoms and smoking. Some differences were observed in downstream SNP heritability, genetic correlations and Mendelian randomization analyses. For example, the within-sibship genetic correlation between educational attainment and body mass index attenuated towards zero. In contrast, analyses of most molecular phenotypes (for example, low-density lipoprotein-cholesterol) were generally consistent. We also found within-sibship evidence of polygenic adaptation on taller height. Here, we illustrate the importance of family-based GWAS data for phenotypes influenced by demographic and indirect genetic effects.

Abstract Estimates from genome-wide association studies (GWAS) represent a combination of the effect of inherited genetic variation (direct effects), demography (population stratification, assortative mating) and genetic nurture from relatives (indirect genetic effects). GWAS using family-based designs can control for demography and indirect genetic effects, but large-scale family datasets have been lacking. We combined data on 159,701 siblings from 17 cohorts to generate population (between-family) and within-sibship (within-family) estimates of genome-wide genetic associations for 25 phenotypes. We demonstrate that existing GWAS associations for height, educational attainment, smoking, depressive symptoms, age at first birth and cognitive ability overestimate direct effects. We show that estimates of SNP-heritability, genetic correlations and Mendelian randomization involving these phenotypes substantially differ when calculated using within-sibship estimates. For example, genetic correlations between educational attainment and height largely disappear. In contrast, analyses of most clinical phenotypes (e.g. LDL-cholesterol) were generally consistent between population and within-sibship models. We also report compelling evidence of polygenic adaptation on taller human height using within-sibship data. Large-scale family datasets provide new opportunities to quantify direct effects of genetic variation on human traits and diseases.

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.

Intelligence is highly heritable and a major determinant of human health and well-being. Recent genome-wide meta-analyses have identified 24 genomic loci linked to intelligence, but much about its genetic underpinnings remains to be discovered. Here, we present the largest genetic association study of intelligence to date (N=279,930), identifying 206 genomic loci (191 novel) and implicating 1,041 genes (963 novel) via positional mapping, expression quantitative trait locus (eQTL) mapping, chromatin interaction mapping, and gene-based association analysis. We find enrichment of genetic effects in conserved and coding regions and identify 89 nonsynonymous exonic variants. Associated genes are strongly expressed in the brain and specifically in striatal medium spiny neurons and cortical and hippocampal pyramidal neurons. Gene-set analyses implicate pathways related to neurogenesis, neuron differentiation and synaptic structure. We confirm previous strong genetic correlations with several neuropsychiatric disorders, and Mendelian Randomization results suggest protective effects of intelligence for Alzheimer's dementia and ADHD, and bidirectional causation with strong pleiotropy for schizophrenia. These results are a major step forward in understanding the neurobiology of intelligence as well as genetically associated neuropsychiatric traits.

Abstract We conducted a genome-wide association study (GWAS) of Digit Symbol Substitution Test (DSST) scores administered in 4207 family members of the Long Life Family Study (LLFS). Genotype data were imputed to the HRC panel of 64,940 haplotypes resulting in ~15M genetic variants with quality score > 0.7. The results were replicated using genetic data imputed to the 1000 Genomes phase 3 reference panel from two Danish twin cohorts: the study of Middle Aged Danish Twins and the Longitudinal Study of Aging Danish Twins. The GWAS in LLFS discovered 20 rare genetic variants (minor allele frequency (MAF) < 1.0%) that reached genome-wide significance (p-value < 5×10 −8 ). Among these, 18 variants had large protective effects on the processing speed, including rs7623455, rs9821776, rs9821587, rs78704059 on chromosome 3, which were replicated in the combined Danish twin cohort. These SNPs are located in/near two genes, THRB and RARB , that belonged to thyroid hormone receptors family that may influence speed of metabolism and cognitive aging. The gene-level tests in LLFS confirmed that these two genes are associated with processing speed.

Abstract Subjective health ratings are associated with dementia risk such that those who rate their health more poorly have increased risk for dementia. The genetic and environmental mechanisms underlying this association are unclear, as prior research cannot rule out whether the association is due to genetic confounds. The current study addresses this gap in two samples of twins, one from Sweden ( N = 548) and one from Denmark ( N = 4,373). Using genetically-informed, bivariate regression models, we assessed whether additive genetic effects explained the association between subjective health and dementia risk as indexed by a latent variable proxy measure. Age at intake, sex, education, depressive symptomatology, and follow-up time between subjective health and dementia risk assessments were included as covariates. Results indicate that genetic variance and other sources of confounding accounted for the majority of the effect of subjective health ratings on dementia risk. After adjusting for genetic confounding and other covariates, a small correlation was observed between subjective health and latent dementia risk in the Danish sample ( r E = − .09, p < .05). The results provide further support for the genetic association between subjective health and dementia risk, and also suggest that subjective ratings of health measures may be useful for predicting dementia risk.

FOXO transcription factors modulate aging-related pathways and influence longevity in multiple species, but the transcriptional targets that mediate these effects remain largely unknown. Here, we identify an evolutionarily conserved FOXO target gene, Oxidative stress-responsive serine-rich protein 1 (OSER1), whose overexpression extends lifespan in silkworms, nematodes, and flies, while its depletion correspondingly shortens lifespan. In flies, overexpression of OSER1 increases resistance to oxidative stress, starvation, and heat shock, while OSER1-depleted flies are more vulnerable to these stressors. In silkworms, hydrogen peroxide both induces and is scavenged by OSER1 in vitro and in vivo. Knockdown of OSER1 in Caenorhabditis elegans leads to increased ROS production and shorter lifespan, mitochondrial fragmentation, decreased ATP production, and altered transcription of mitochondrial genes. Human proteomic analysis suggests that OSER1 plays roles in oxidative stress response, cellular senescence, and reproduction, which is consistent with the data and suggests that OSER1 could play a role in fertility in silkworms and nematodes. Human studies demonstrate that polymorphic variants in OSER1 are associated with human longevity. In summary, OSER1 is an evolutionarily conserved FOXO-regulated protein that improves resistance to oxidative stress, maintains mitochondrial functional integrity, and increases lifespan in multiple species. Additional studies will clarify the role of OSER1 as a critical effector of healthy aging.