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 Neuropsychiatric and neurodevelopmental disorders have been particularly challenging to study using animal models, and recently, human-derived cerebral organoids demonstrate great promise for discovering molecular processes that are important in these disorders. However, several challenges remain in achieving robust phenotyping to discover cell type specific genes. We perform RNA sequencing on 71 samples comprising of 1,420 cerebral organoids from 25 donors, and describe a framework (Orgo-Seq) to identify cell type specific driver genes, for 16p11.2 deletions and 15q11-13 duplications. We identify neuroepithelial cells as critical cell types for 16p11.2 deletions, and discover novel and previously reported cell type specific driver genes. Finally, we validated our results that mutations in KCTD13 in the 16p11.2 locus lead to imbalances in the proportion of neuroepithelial cells, using CRISPR/Cas9-edited mosaic organoids. Our work presents a quantitative discovery and validation framework for identifying cell type specific driver genes associated with complex diseases using cerebral organoids.

Diabetic kidney disease (DKD) is a heritable but poorly understood complication of diabetes. To identify genetic variants predisposing to DKD, we performed genome-wide association analyses in 19,406 individuals with type 1 diabetes (T1D) using a spectrum of DKD definitions basedon albuminuria and renal function. We identified 16 genome-wide significant loci. The variant with the strongest association (rs55703767) is a common missense mutation in the collagen type IV alpha 3 chain (COL4A3) gene, which encodes a major structural component of the glomerular basement membrane (GBM) implicated in heritable nephropathies. The rs55703767 minor allele (Asp326Tyr) is protective against several definitions of DKD, including albuminuria and end-stage renal disease. Three other loci are in or near genes with known or suggestive involvement in DKD (BMP7) or renal biology ( COLEC11 and DDR1 ). The 16 DKD-associated loci provide novel insights into the pathogenesis of DKD, identifying potential biological targets for prevention and treatment.

Human height can be divided into sitting height and leg length, reflecting growth of different parts of the skeleton whose relative proportions are captured by the ratio of sitting to total height (as sitting height ratio, SHR). Height is a highly heritable trait, and its genetic basis has been well-studied. However, the genetic determinants of skeletal proportion are much less well-characterized. Expanding substantially on past work, we performed a genome-wide association study (GWAS) of SHR in ∼450,000 individuals with European ancestry and ∼100,000 individuals with East Asian ancestry from the UK and China Kadoorie Biobanks. We identified 565 loci independently associated with SHR, including all genomic regions implicated in prior GWAS in these ancestries. While SHR loci largely overlap height-associated loci (P < 0.001), the fine-mapped SHR signals were often distinct from height. We additionally used fine-mapped signals to identify 36 credible sets with heterogeneous effects across ancestries. Lastly, we used SHR, sitting height, and leg length to identify genetic variation acting on specific body regions rather than on overall human height.

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.

Unhealthy dietary habits are leading risk factors for life-altering diseases and mortality. Large-scale biobanks now enable genetic analysis of traits with modest heritability, such as diet. We performed genomewide association on 85 single food intake and 85 principal component-derived dietary patterns from food frequency questionnaires in UK Biobank. We identified 814 associated loci, including olfactory receptor associations with fruit and tea intake; 136 associations were only identified using dietary patterns. Mendelian randomization suggests a Western vs. prudent dietary pattern is causally influenced by factors correlated with education but is not strongly causal for coronary artery disease or type 2 diabetes.

Schizophrenia (SCZ) and bipolar disorder (BD) are highly heritable disorders that share a significant proportion of common risk variation. Understanding the genetic factors underlying the specific symptoms of these disorders will be crucial for improving diagnosis, intervention and treatment. In case-control data consisting of 53,555 cases (20,129 BD, 33,426 SCZ) and 54,065 controls, we identified 114 genome-wide significant loci (GWS) when comparing all cases to controls, of which 41 represented novel findings. Two genome-wide significant loci were identified when comparing SCZ to BD and a third was found when directly incorporating functional information. Regional joint association identified a genomic region of overlapping association in BD and SCZ with disease-independent causal variants indicating a fourth region contributing to differences between these disorders. Regional SNP-heritability analyses demonstrated that the estimated heritability of BD based on the SCZ GWS regions was significantly higher than that based on the average genomic region (91 regions, p = 1.2x10-6) while the inverse was not significant (19 regions, p=0.89). Using our BD and SCZ GWAS we calculated polygenic risk scores and identified several significant correlations with: 1) SCZ subphenotypes: negative symptoms (SCZ, p=3.6x10-6) and manic symptoms (BD, p=2x10-5), 2) BD subphenotypes: psychotic features (SCZ p=1.2x10-10, BD p=5.3x10-5) and age of onset (SCZ p=7.9x10-4). Finally, we show that psychotic features in BD has significant SNP-heritability (h2snp=0.15, SE=0.06), and a significant genetic correlation with SCZ (rg=0.34) in addition there is a significant sign test result between SCZ GWAS and a GWAS of BD cases contrasting those with and without psychotic features (p=0.0038, one-side binomial test). For the first time, we have identified specific loci pointing to a potential role of 4 genes (DARS2, ARFGEF2, DCAKD and GATAD2A) that distinguish between BD and SCZ, providing an opportunity to understand the biology contributing to clinical differences of these disorders. Our results provide the best evidence so far of genomic components distinguishing between BD and SCZ that contribute directly to specific symptom dimensions.

One in four adults worldwide are either overweight or obese. Epidemiological studies indicate that the location and distribution of excess fat, rather than general adiposity, is most informative for predicting risk of obesity sequellae, including cardiometabolic disease and cancer. We performed a genome-wide association study meta-analysis of body fat distribution, measured by waist-to-hip ratio adjusted for BMI (WHRadjBMI), and identified 463 signals in 346 loci. Heritability and variant effects were generally stronger in women than men, and we found approximately one-third of all signals to be sexually dimorphic. The 5% of individuals carrying the most WHRadjBMI-increasing alleles were 1.62 times more likely than the bottom 5% to have a WHR above the thresholds used for metabolic syndrome. These data, made publicly available, will inform the biology of body fat distribution and its relationship with disease.

Peruvians are among the shortest people in the world. To understand the genetic basis of short stature in Peru, we examined an ethnically diverse group of Peruvians and identified a novel, population-specific, missense variant in FBN1 (E1297G) that is significantly associated with lower height in the Peruvian population. Each copy of the minor allele (frequency = 4.7%) reduces height by 2.2 cm (4.4 cm in homozygous individuals). This is the largest effect size known for a common height-associated variant. This variant shows strong evidence of positive selection within the Peruvian population and is significantly more frequent in Native American populations from coastal regions of Peru compared to populations from the Andes or the Amazon, suggesting that short stature in Peruvians is the result of adaptation to the coastal environment.