Jonathan Marchini, Gonçalo Abecasis, Richard Durbin and colleagues describe the construction of a reference panel of human haplotypes from whole-genome sequencing data. They are able to use this to accurately impute genotypes at low minor allele frequency and present remote server resources for use by the community. We describe a reference panel of 64,976 human haplotypes at 39,235,157 SNPs constructed using whole-genome sequence data from 20 studies of predominantly European ancestry. Using this resource leads to accurate genotype imputation at minor allele frequencies as low as 0.1% and a large increase in the number of SNPs tested in association studies, and it can help to discover and refine causal loci. We describe remote server resources that allow researchers to carry out imputation and phasing consistently and efficiently.

Abstract Being a morning person is a behavioural indicator of a person’s underlying circadian rhythm. Using genome-wide data from 697,828 UK Biobank and 23andMe participants we increase the number of genetic loci associated with being a morning person from 24 to 351. Using data from 85,760 individuals with activity-monitor derived measures of sleep timing we find that the chronotype loci associate with sleep timing: the mean sleep timing of the 5% of individuals carrying the most morningness alleles is 25 min earlier than the 5% carrying the fewest. The loci are enriched for genes involved in circadian regulation, cAMP, glutamate and insulin signalling pathways, and those expressed in the retina, hindbrain, hypothalamus, and pituitary. Using Mendelian Randomisation, we show that being a morning person is causally associated with better mental health but does not affect BMI or risk of Type 2 diabetes. This study offers insights into circadian biology and its links to disease in humans.

Objective To determine whether height and body mass index (BMI) have a causal role in five measures of socioeconomic status. Design Mendelian randomisation study to test for causal effects of differences in stature and BMI on five measures of socioeconomic status. Mendelian randomisation exploits the fact that genotypes are randomly assigned at conception and thus not confounded by non-genetic factors. Setting UK Biobank. Participants 119 669 men and women of British ancestry, aged between 37 and 73 years. Main outcome measures Age completed full time education, degree level education, job class, annual household income, and Townsend deprivation index. Results In the UK Biobank study, shorter stature and higher BMI were observationally associated with several measures of lower socioeconomic status. The associations between shorter stature and lower socioeconomic status tended to be stronger in men, and the associations between higher BMI and lower socioeconomic status tended to be stronger in women. For example, a 1 standard deviation (SD) higher BMI was associated with a £210 (€276; $300; 95% confidence interval £84 to £420; P=6×10⁻³) lower annual household income in men and a £1890 (£1680 to £2100; P=6×10⁻¹⁵) lower annual household income in women. Genetic analysis provided evidence that these associations were partly causal. A genetically determined 1 SD (6.3 cm) taller stature caused a 0.06 (0.02 to 0.09) year older age of completing full time education (P=0.01), a 1.12 (1.07 to 1.18) times higher odds of working in a skilled profession (P=6×10⁻⁷), and a £1130 (£680 to £1580) higher annual household income (P=4×10⁻⁸). Associations were stronger in men. A genetically determined 1 SD higher BMI (4.6 kg/m²) caused a £2940 (£1680 to £4200; P=1×10⁻⁵) lower annual household income and a 0.10 (0.04 to 0.16) SD (P=0.001) higher level of deprivation in women only. Conclusions These data support evidence that height and BMI play an important partial role in determining several aspects of a person’s socioeconomic status, especially women’s BMI for income and deprivation and men’s height for education, income, and job class. These findings have important social and health implications, supporting evidence that overweight people, especially women, are at a disadvantage and that taller people, especially men, are at an advantage.

Abstract Sleep is an essential human function but its regulation is poorly understood. Using accelerometer data from 85,670 UK Biobank participants, we perform a genome-wide association study of 8 derived sleep traits representing sleep quality, quantity and timing, and validate our findings in 5,819 individuals. We identify 47 genetic associations at P < 5 × 10 −8 , of which 20 reach a stricter threshold of P < 8 × 10 −10 . These include 26 novel associations with measures of sleep quality and 10 with nocturnal sleep duration. The majority of identified variants associate with a single sleep trait, except for variants previously associated with restless legs syndrome. For sleep duration we identify a missense variant (p.Tyr727Cys) in PDE11A as the likely causal variant. As a group, sleep quality loci are enriched for serotonin processing genes. Although accelerometer-derived measures of sleep are imperfect and may be affected by restless legs syndrome, these findings provide new biological insights into sleep compared to previous efforts based on self-report sleep measures.

Abstract Variability in red blood cell volumes (distribution width, RDW) increases with age and is strongly predictive of mortality, incident coronary heart disease and cancer. We investigated inherited genetic variation associated with RDW in 116,666 UK Biobank human volunteers. A large proportion RDW is explained by genetic variants (29%), especially in the older group (60+ year olds, 33.8%, <50 year olds, 28.4%). RDW was associated with 194 independent genetic signals; 71 are known for conditions including autoimmune disease, certain cancers, BMI, Alzheimer’s disease, longevity, age at menopause, bone density, myositis, Parkinson’s disease, and age-related macular degeneration. Pathways analysis showed enrichment for telomere maintenance, ribosomal RNA and apoptosis. The majority of RDW-associated signals were intronic (119 of 194), including SNP rs6602909 located in an intron of oncogene GAS6 ; the SNP is also an eQTL for this gene in whole blood. RDW-associated exonic genetic signals included a missense variant in PNPLA3 , which codes for a triacylglycerol lipase, and a rare (1% frequency) deletion in SMIM1 , involved in red blood cell formation. Although increased RDW is predictive of cardiovascular outcomes, this was not explained by known CVD or related lipid genetic risks. The predictive value of RDW for a range of negative health outcomes may in part be due to variants influencing fundamental pathways of aging.

Abstract Susceptibility to obesity in today’s environment has a strong genetic component. Lower socioeconomic position (SEP) is associated with a higher risk of obesity but it is not known if it accentuates genetic susceptibility to obesity. We aimed to use up to 120,000 individuals from the UK Biobank study to test the hypothesis that measures of socioeconomic position accentuate genetic susceptibility to obesity. We used the Townsend deprivation index (TDI) as the main measure of socioeconomic position, and a 69-variant genetic risk score (GRS) as a measure of genetic susceptibility to obesity. We also tested the hypothesis that interactions between BMI genetics and socioeconomic position would result in evidence of interaction with individual measures of the obesogenic environment and behaviours that correlate strongly with socioeconomic position, even if they have no obesogenic role. These measures included self-reported TV watching, diet and physical activity, and an objective measure of activity derived from accelerometers. We performed several negative control tests, including a simulated environment correlated with BMI but not TDI, and sun protection use. We found evidence of gene-environment interactions with TDI (P interaction =3×10 −10 ) such that, within the group of 50% living in the most relatively deprived situations, carrying 10 additional BMI-raising alleles was associated with approximately 3.8 kg extra weight in someone 1.73m tall. In contrast, within the group of 50% living in the least deprivation, carrying 10 additional BMI-raising alleles was associated with approximately 2.9 kg extra weight. We also observed evidence of interaction between sun protection use and BMI genetics, suggesting that residual confounding may result in evidence of non-causal interactions. Our findings provide evidence that relative social deprivation best captures aspects of the obesogenic environment that accentuate the genetic predisposition to obesity in the UK.

Genome-wide association studies have identified hundreds of common genetic variants associated with obesity and Type 2 diabetes. These studies have focused on additive association tests. Identifying deviations from additivity may provide new biological insights and explain some of the missing heritability for these diseases. To identify non-additive associations we performed a genome-wide association study using a dominance deviation model for BMI, obesity and Type 2 diabetes (4,040 cases) in 120,286 individuals of British ancestry from the UK Biobank study. Known obesity-associated variants in FTO showed strong evidence for deviation from additivity (P=3x10-5) through a recessive effect of the BMI-increasing allele. The average BMI of individuals carrying 0, 1 or 2 BMI-raising alleles was 27.27kg/m2 (95% CI:27.22-27.31), 27.54kg/m2 (95% CI:27.50-27.58), and 28.07kg/m2 (95% CI:28.0-28.14), respectively. A similar effect was observed in 105,643 individuals from the GIANT consortium (P=0.003; Pmeta-analysis=1x10-7). We also detected a recessive effect (Pdomdev=5x10-4) at CDKAL1 for Type 2 diabetes risk. Homozygous risk allele carriers had an OR=1.48 (95% CI:1.32-1.65) in comparison to the heterozygous group that had an OR=1.06 (95% CI:0.99-1.14), a result consistent with a previous study. We did not identify any novel genome-wide associations. In conclusion, although we find no evidence for widespread non-additive effects contributing to the genetic risk of obesity and Type 2 diabetes, we find robust examples of recessive effects at the FTO and CDKAL1 loci.

Fibroblast Growth Factor 21 (FGF21) is a hormone that induces weight loss in model organisms. These findings have led to trials in humans of FGF21 analogues with some showing weight loss and lipid lowering effects. Recent genetic studies have shown that a common allele in the FGF21 gene alters the balance of macronutrients consumed but there was little evidence of an effect on metabolic traits. We studied a common FGF21 allele (A:rs838133) in 451,099 people from the UK Biobank study. We replicated the association between the A allele and higher percentage carbohydrate intake. We then showed that this allele is more strongly associated with body fat distribution, with less fat in the lower body, and higher blood pressure, than it is with BMI, where there is only nominal evidence of an effect. These human phenotypes of naturally occurring variation in the FGF21 gene will inform decisions about FGF21's therapeutic potential.

We describe a reference panel of 64,976 human haplotypes at 39,235,157 SNPs constructed using whole genome sequence data from 20 studies of predominantly European ancestry. Using this resource leads to accurate genotype imputation at minor allele frequencies as low as 0.1%, a large increase in the number of SNPs tested in association studies and can help to discover and refine causal loci. We describe remote server resources that allow researchers to carry out imputation and phasing consistently and efficiently.

Using data from 697,828 research participants from 23andMe and UK Biobank, we identified 351 loci associated with being a morning person, a behavioural indicator of a person's underlying circadian rhythm. These loci were validated in 85,760 individuals with activity-monitor derived measures of sleep timing: the mean sleep timing of the 5% of individuals carrying the most "morningness" alleles was 25.1 minutes (95% CI: 22.5, 27.6) earlier than the 5% carrying the fewest. The loci were enriched for genes involved in circadian rhythm and insulin pathways, and those expressed in the retina, hindbrain, hypothalamus, and pituitary (all FDR<1%). We provide some evidence that being a morning person was causally associated with reduced risk of schizophrenia (OR: 0.89; 95% CI: 0.82, 0.96), depression (OR: 0.94; 95% CI: 0.91, 0.98) and a lower age at last childbirth in women (β: -0.046 years; 95% CI: -0.067, -0.025), but was not associated with BMI (β: -4.6x10-4; 95% CI: -0.044, 0.043) or type 2 diabetes (OR: 1.00; 95% CI: 0.91, 1.1). This study offers new insights into the biology of circadian rhythms and disease links in humans.