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.

Abstract Family and twin studies suggest that up to 50% of individual differences in human fertility within a population might be heritable. However, it remains unclear whether the genes associated with fertility outcomes such as number of children ever born (NEB) or age at first birth (AFB) are the same across geographical and historical environments. By not taking this into account, previous genetic studies implicitly assumed that the genetic effects are constant across time and space. We conduct a mega-analysis applying whole genome methods on 31,396 unrelated men and women from six Western countries. Across all individuals and environments, common single-nucleotide polymorphisms (SNPs) explained only ~4% of the variance in NEB and AFB. We then extend these models to test whether genetic effects are shared across different environments or unique to them. For individuals belonging to the same population and demographic cohort (born before or after the 20 th century fertility decline), SNP-based heritability was almost five times higher at 22% for NEB and 19% for AFB. We also found no evidence suggesting that genetic effects on fertility are shared across time and space. Our findings imply that the environment strongly modifies genetic effects on the tempo and quantum of fertility, that currently ongoing natural selection is heterogeneous across environments, and that gene-environment interactions may partly account for missing heritability in fertility. Future research needs to combine efforts from genetic research and from the social sciences to better understand human fertility. Authors Summary Fertility behavior – such as age at first birth and number of children – varies strongly across historical time and geographical space. Yet, family and twin studies, which suggest that up to 50% of individual differences in fertility are heritable, implicitly assume that the genes important for fertility are the same across both time and space. Using molecular genetic data (SNPs) from over 30,000 unrelated individuals from six different countries, we show that different genes influence fertility in different time periods and different countries, and that the genetic effects consistently related to fertility are presumably small. The fact that genetic effects on fertility appear not to be universal could have tremendous implications for research in the area of reproductive medicine, social science and evolutionary biology alike.

Abstract The structure of the brain’s cortical folds varies considerably in human populations. Specific patterns of cortical variation arise with development and aging, and cortical traits are partially influenced by genetic factors. The degree to which genetic factors affect cortical folding patterning remains unknown, yet may be estimated with large-scale in-vivo brain MRI. Using multiple MRI datasets from around the world, we estimated the reliability and heritability of sulcal morphometric characteristics including length, depth, width, and surface area, for 61 sulci per hemisphere of the human brain. Reliability was assessed across four distinct test-retest datasets. We meta-analyzed the heritability across three independent family-based cohorts (N > 3,000), and one cohort of largely unrelated individuals (N~9,000) to examine the robustness of our findings. Reliability was high (interquartile range for ICC: 0.65−0.85) for sulcal metrics. Most sulcal measures were moderately to highly heritable (heritability estimates = 0.3−0.7). These genetic influences vary regionally, with the earlier forming sulci having higher heritability estimates. The central sulcus, the subcallosal and the collateral fissure were the most highly heritable regions. For some frontal and temporal sulci, left and right genetic influences did not completely overlap, suggesting some lateralization of genetic effects on the cortex.

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.

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.

For many traits, males show greater variability than females, with possible implications for understanding sex differences in health and disease. Here, the ENIGMA (Enhancing Neuro Imaging Genetics through Meta-Analysis) Consortium presents the largest-ever mega-analysis of sex differences in variability of brain structure, based on international data spanning nine decades of life. Subcortical volumes, cortical surface area and cortical thickness were assessed in MRI data of 16,683 healthy individuals 1-90 years old (47% females). We observed patterns of greater male than female between-subject variance for all brain measures. This pattern was stable across the lifespan for 50% of the subcortical structures, 70% of the regional area measures, and nearly all regions for thickness. Our findings that these sex differences are present in childhood implicate early life genetic or gene-environment interaction mechanisms. The findings highlight the importance of individual differences within the sexes, that may underpin sex-specific vulnerability to disorders.

DNA methylation plays an important role in the regulation of transcription. Genetic control of DNA methylation is thus a potential candidate for explaining the many identified SNP associations with diseases and complex traits that are not found in coding regions. We identified and replicated 52,916 cis and 2,025 trans DNA methylation quantitative trait loci (mQTL) using methylation measured on Illumina HumanMethylation450 arrays in the Brisbane Systems Genetics Study (n=614 from 177 families) and the Lothian Birth Cohorts of 1921 and 1936 (combined n = 1366). The trans mQTL SNPs were found to be over-represented in the subtelomeric 1Mbp of the genome and on chromosomes 16 and 19. There was a significant increase in trans mQTL DNA methylation sites in upstream and 5' UTR regions. No association was observed between either the SNPs or DNA methylation sites of trans mQTL and telomere length. LD Score regression was used to partition the heritability for a number of complex traits and diseases into components due to mQTL and the remainder of the genome. Significant enrichment was observed for height (p = 2.1x10^-10), ulcerative colitis (p = 2x10^-5), Crohn's disease (p = 6x10^-8) and coronary artery disease (p = 5.5x10^-6) when compared to a random sample of SNPs with matched minor allele frequency. This enrichment is explained by the genomic location of the mQTL SNPs, which are biased towards genic regions of the genome due to the combination of the vast majority being located in cis to the DNA methylation probes and the probes on the array being over-representing genic regions.

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.

Objectives Depression is the most common psychiatric disorder and the largest contributor to global disability. The Australian Genetics of Depression study was established to recruit a large cohort of individuals who have been diagnosed with depression, and to investigate genetic and environmental risk factors for depression and response to commonly prescribed antidepressants. This paper describes the recruitment and characteristics of the sample.Methods Participants completed an online questionnaire that consisted of a compulsory module that assessed self-reported psychiatric history, clinical depression using the Composite Interview Diagnostic Interview Short Form, and experiences of using commonly prescribed antidepressants. Further voluntary modules assessed a wide range of traits of relevance to psychopathology. Participants who reported they were willing to provide a DNA sample were sent a saliva kit in the mail.Results A total of 20,689 participants, 75% of whom were female, enrolled in the study. The average age of participants was 43 years ± 15 years. 15,807 participants (76% of the participant group) returned saliva kits. The overwhelming majority of participants reported being given a diagnosis of depression by a medical practitioner and 88% met the criteria for a depressive episode. Rates of comorbidity with other psychiatric disorders were high. Two-thirds of the sample reported having taken more than one type of antidepressant during treatment for their depression.Conclusions This study was effective in recruiting a large community sample of people with a history of clinical depression, highlighting the willingness of Australians to engage with medical research. A combination of recruitment through health records and media as well as use of an online questionnaire made it feasible to recruit the large sample needed for investigating the genetics of common diseases. It will be a valuable resource for investigating risk factors for depression, treatment response to antidepressants and susceptibility to side effects.

Migraine is a debilitating neurological disorder affecting around 1 in 7 people worldwide, but its molecular mechanisms remain poorly understood. Some debate exists over whether migraine is a disease of vascular dysfunction, or a result of neuronal dysfunction with secondary vascular changes. Genome-wide association (GWA) studies have thus far identified 13 independent loci associated with migraine. To identify new susceptibility loci, we performed the largest genetic study of migraine to date, comprising 59,674 cases and 316,078 controls from 22 GWA studies. We identified 45 independent single nucleotide polymorphisms (SNPs) significantly associated with migraine risk (P < 5 x 10-8) that map to 38 distinct genomic loci, including 28 loci not previously reported and the first locus identified on chromosome X. Furthermore, a subset analysis for migraine without aura (MO) identified seven of the same loci as from the full sample, whereas no loci reached genome-wide significance in the migraine with aura (MA) subset. In subsequent computational analyzes, the identified loci showed enrichment for genes expressed in vascular and smooth muscle tissues, consistent with a predominant theory of migraine that highlights vascular etiologies.