MotivationLinkage disequilibrium (LD) decay is of great interest in population genetic studies. However, no tool is available now to do LD decay analysis from variant call format (VCF) files directly. In addition, generation of pair-wise LD measurements for whole genome SNPs usually resulting in large storage wasting files.

The triangular correlation heatmap aiming to visualize the linkage disequilibrium (LD) pattern and haplotype block structure of SNPs is ubiquitous component of population-based genetic studies. However, current tools suffered from the problem of time and memory consuming. Here, we developed LDBlockShow, an open source software, for visualizing LD and haplotype blocks from variant call format files. It is time and memory saving. In a test dataset with 100 SNPs from 60 000 subjects, it was at least 10.60 times faster and used only 0.03-13.33% of physical memory as compared with other tools. In addition, it could generate figures that simultaneously display additional statistical context (e.g. association P-values) and genomic region annotations. It can also compress the SVG files with a large number of SNPs and support subgroup analysis. This fast and convenient tool will facilitate the visualization of LD and haplotype blocks for geneticists.

The deep population history of East Asia remains poorly understood due to a lack of ancient DNA data and sparse sampling of present-day people. We report genome-wide data from 191 individuals from Mongolia, northern China, Taiwan, the Amur River Basin and Japan dating to 6000 BCE – 1000 CE, many from contexts never previously analyzed with ancient DNA. We also report 383 present-day individuals from 46 groups mostly from the Tibetan Plateau and southern China. We document how 6000-3600 BCE people of Mongolia and the Amur River Basin were from populations that expanded over Northeast Asia, likely dispersing the ancestors of Mongolic and Tungusic languages. In a time transect of 89 Mongolians, we reveal how Yamnaya steppe pastoralist spread from the west by 3300-2900 BCE in association with the Afanasievo culture, although we also document a boy buried in an Afanasievo barrow with ancestry entirely from local Mongolian hunter-gatherers, representing a unique case of someone of entirely non-Yamnaya ancestry interred in this way. The second spread of Yamnaya-derived ancestry came via groups that harbored about a third of their ancestry from European farmers, which nearly completely displaced unmixed Yamnaya-related lineages in Mongolia in the second millennium BCE, but did not replace Afanasievo lineages in western China where Afanasievo ancestry persisted, plausibly acting as the source of the early-splitting Tocharian branch of Indo-European languages. Analyzing 20 Yellow River Basin farmers dating to ∼3000 BCE, we document a population that was a plausible vector for the spread of Sino-Tibetan languages both to the Tibetan Plateau and to the central plain where they mixed with southern agriculturalists to form the ancestors of Han Chinese. We show that the individuals in a time transect of 52 ancient Taiwan individuals spanning at least 1400 BCE to 600 CE were consistent with being nearly direct descendants of Yangtze Valley first farmers who likely spread Austronesian, Tai-Kadai and Austroasiatic languages across Southeast and South Asia and mixing with the people they encountered, contributing to a four-fold reduction of genetic differentiation during the emergence of complex societies. We finally report data from Jomon hunter-gatherers from Japan who harbored one of the earliest splitting branches of East Eurasian variation, and show an affinity among Jomon, Amur River Basin, ancient Taiwan, and Austronesian-speakers, as expected for ancestry if they all had contributions from a Late Pleistocene coastal route migration to East Asia.

3月26日，我校社会与人类学院王传超教授作为第一作者和通讯作者，与哈佛医学院、哈佛大学人类学系、德国马普人类历史科学研究所、南洋理工大学人文学院、复旦大学、俄罗斯远东联邦大学科学博物馆、西安交通大学、蒙古国国家博物馆研究中心、乌兰巴托国立大学考古系、维也纳大学进化人类学系、华盛顿大学人类学系、台湾成功大学考古所、加州大学人类学系等全球41个单位的77位共同作者组成的国际合作团队在bioRxiv上发表预印本论文“The Genomic Formation of Human Populations in East Asia”，发布了东亚地区最大规模的古人基因组研究，包含了191个距今8000到1000年前古人基因组捕获测序，涵盖了陕北新石器时代五庄果墚遗址、台湾新石器到铁器时代汉本和公馆遗址、蒙古国50余个考古遗址、俄罗斯远东地区Boisman、Yankovsky和黑水靺鞨等遗址、日本绳文人遗址等，研究人员还报道了46个现代族群的383个样本的芯片分型数据以及94个考古碳十四测年数据，首次通过古DNA精细解析东亚人群8000年来的起源、迁徙和混合历史，也改变了东亚地区尤其是中国境内考古基因组学研究长期滞后的局面。

Abstract G-quadruplexes (G4), stable four-stranded non-canonical DNA structures, are highly related to function of promoters and initiation of gene transcription. We found that G4 structures were also enriched in the enhancers across different cell lines. However, the relationship between G4 structures and enhancer activity remains unknown. Here, we proved that G4 structures on enhancers lead to the re-positioning of nucleosomes create nucleosome depleted regions (NDRs). Moreover, stable NDRs and special secondary structures of G4 help enhancers to recruit abundant TFs to co-bind, especially for architectural proteins including CTCF, RAD21, and SMC3. These architectural proteins, which play critical roles in the formation of higher-order chromatin organization, further influenced the chromatin interactions of G4 enhancers. Additionally, we revealed that G4 enhancers harbored significantly higher enrichment of eQTLs than typical enhancers, suggesting G4 enhancers displayed more enhancer regulatory activity. We found that most super enhancers (SEs) contain G4 structures. Even though the enrichment of chromatin accessibility and histone modifications around G4-containing SEs are not significantly higher than those around other SEs, G4-containing SEs still possess much more TFs across different cell lines. According to these results, we proposed a model in which the formation of G4 structures on enhancer exclude nucleosome occupancy and recruit abundant TFs which lead to the stable chromatin interaction between G4 enhancers and their target genes. Because of the relevance between G4 structures and enhancers, we hypothesized that G4 structures may be a potential markers indicating enhancer regulatory activity.

Abstract Brain imaging-derived phenotypes (IDPs) serve as underlying functional intermediates in psychiatric disorders, both of which are highly polygenic and heritable. Observational studies have elucidated the correlation between IDPs and psychiatric disorders, yet no systematic screening of IDPs to confer the causal liability in such disorders. We conducted a bidirectional two-sample Mendelian randomization framework to explore the causality of 1,901 IDPs on 10 psychiatric disorders and established the BrainMR database ( http://brainmr.online/idp2psy/Index.php ). We identified 17 causalities in forward MR analyses and 14 causalities in reverse MR analyses, which all rigorously examined them through various sensitivity analyses. The top significant relationship in forward was a unit lower volume of right central lateral of the thalamic nuclei, which was causally associated with an increased anorexia nervosa risk with an estimated OR of 0.52 (95% CI 0.41-0.64, P = 3.32 × 10 −9 ). In reverse, the top significant IDP to be affected was the area of superior segment of the circular sulcus of the insula in the right hemisphere, which was increased by the reason of SCZ risk with an estimated association effect size of 0.068 (95% CI 0.046-0.090, P = 1.12 × 10 −6 ). Overall, our study provides unique insights into causal pathways of psychiatric disorders at the imaging levels.

Abstract The human brain has been implicated in the pathogenesis of several complex diseases. Taking advantage of single-cell techniques, genome-wide association studies (GWAS) have taken it a step further and revealed brain cell-type-specific functions for disease loci. However, genetic causal associations inferred by Mendelian randomization (MR) studies usually include all instrumental variables from GWAS, which hampers the understanding of cell-specific causality. Here, we developed an analytical framework, Cell-Stratified MR (csMR), to investigate cell-stratified causality through colocalizing GWAS signals with single-cell eQTL from different brain cells. By applying to obesity-related traits, our results demonstrate the cell-type-specific effects of GWAS variants on gene expression, and indicate the benefits of csMR to identify cell-type-specific causal effect that is often hidden from bulk analyses. We also found csMR valuable to reveal distinct causal pathways between different obesity indicators. These findings suggest the value of our approach to prioritize target cells for extending genetic causation studies.

ABSTRACT Background Compelling observational studies have reported that childhood obesity is associated with the risk of many complex diseases in adulthood. However, results from observational studies are unable to fully account for confounding factors. The causal effects of childhood obesity have not been systematically characterized. We aimed to assess the causal associations between childhood body mass index (BMI) and various adult traits/diseases using two-sample Mendelian randomization (MR). Methods and findings Over 5,000 datasets for adult outcomes were obtained from various resources. After data filtering, 269 adult traits genetically correlated with childhood BMI ( P < 0.05) were subjected to MR analyses. The number of independent outcomes was 148, setting the significant threshold as P < 3.38 × 10 −4 . Inverse-variance weighted method, MR-Egger, weighted median method, and weighted mode method were used to estimate the causal effects. We identified potential causal effects of childhood obesity on 60 adult traits (27 disease-related traits, 27 lifestyle factors, and 6 other traits). Higher childhood BMI was associated with a reduced overall health rating (β = −0.10, 95% CI: −0.13 to −0.07, P = 6.26 × 10 −11 ). Findings on diseases included some novel effects, such as the adverse effects of higher childhood BMI on cholelithiasis (OR = 1.26, 95% CI: 1.18 to 1.35, P = 3.29 × 10 −5 ). For dietary habits, we found that higher childhood BMI was positively associated adult diet portion size (β = 0.26, 95% CI: 0.18 to 0.34, P = 7.34 × 10 −11 ). Different from the conventional impression, our results showed that higher childhood BMI was positively associated with low calorie density food intake. With 76 adult BMI single-nucleotide polymorphisms (SNPs) as instruments, we confirmed that adulthood BMI was positively associated with heel bone mineral density. However, the association no longer present after excluding the SNPs existing in or in linkage disequilibrium (LD) with childhood BMI. Network MR analyses suggested that past tobacco smoking and portion size mediated 6.39% and 10.90% of the associations between childhood BMI and type 2 diabetes, respectively. The main study limitation is that it is difficult to tease out the independent effects of childhood BMI due to the strong correlation between childhood and adulthood BMI. Conclusions In summary, we provided a phenome-wide view of the effects of childhood BMI on adult traits. Our results highlight the need to intervene in childhood to reduce obesity from a young age and its later-life effects. Author summary Why was this study done? Childhood obesity is a worldwide public health problem. The prevalence has increased at an alarming rate. Observational epidemiological studies have reported that childhood obesity is associated with the risk of many complex diseases in adulthood, such as coronary artery disease (CAD) and diabetes. However, observational studies are limited in explaining causality because of possible bias from unmeasured confounding factors. What did the researchers do and find? A Mendelian randomization (MR) approach was used to provide a phenome-wide view of the causal associations between childhood BMI and adult outcomes. Potential causal effects of childhood obesity on 60 adult traits were identified. Higher childhood BMI was associated with reduced overall health rating, and caused increased risk of some diseases, such as cholelithiasis, hypothyroidism, CAD, and type 2 diabetes (T2D). In contrast, childhood BMI was positively associated with adult heel bone mineral density and low calorie density food intake. Portion size and smoking behavior might mediate the association between childhood BMI and T2D risk. What do these findings mean? Our results highlight the importance to address rising childhood obesity prevalence rate and early interventions on obesity might help to promote health equity in later life.

The genome-wide association studies (GWAS) have identified hundreds of susceptibility loci associated with autoimmune diseases. However, over 90% of risk variants are located in the noncoding regions, leading to great challenges in deciphering the underlying causal functional variants/genes and biological mechanisms. Previous studies focused on developing new scoring method to prioritize functional/disease-relevant variants. However, they principally incorporated annotation data across all cells/tissues while omitted the cell-specific or context-specific regulation. Moreover, limited analyses were performed to dissect the detailed molecular regulatory circuits linking functional GWAS variants to disease etiology. Here we devised a new analysis frame that incorporate hundreds of immune cell-specific multi-omics data to prioritize functional noncoding susceptibility SNPs with gene targets and further dissect their downstream molecular mechanisms and clinical applications for 19 autoimmune diseases. Most prioritized SNPs have genetic associations with transcription factors (TFs) binding, histone modification or chromatin accessibility, indicating their allelic regulatory roles on target genes. Their target genes were significantly enriched in immunologically related pathways and other immunologically related functions. We also detected long-range regulation on 90.7% of target genes including 132 ones exclusively regulated by distal SNPs (eg, CD28 , IL2RA ), which involves several potential key TFs (eg, CTCF), suggesting the important roles of long-range chromatin interaction in autoimmune diseases. Moreover, we identified hundreds of known or predicted druggable genes, and predicted some new potential drug targets for several autoimmune diseases, including two genes ( NFKB1 , SH2B3 ) with known drug indications on other diseases, highlighting their potential drug repurposing opportunities. In summary, our analyses may provide unique resource for future functional follow-up and drug application on autoimmune diseases, which are freely available at http://fngwas.online/.