Abstract Short tandem repeats (STRs), genomic regions each consisting of a sequence of 1-6 base pairs repeated in succession, represent one of the largest sources of human genetic variation. However, many STR effects are not captured well by standard genome-wide association studies (GWAS) or downstream analyses that are mostly based on single nucleotide polymorphisms (SNPs). To study the involvement of STRs in complex traits, we imputed genotypes for 445,720 autosomal STRs into genotype array data from 408,153 White British UK Biobank participants and tested for association with 44 blood and serum biomarker phenotypes. We used two fine-mapping methods, SuSiE and FINEMAP, to identify 119 high-confidence STR-trait associations across 93 unique STRs predicted as causal variants under all fine-mapping settings tested. Using these results, we estimate that STRs account for 5.2-7.6% of causal variants identifiable from GWAS signals for these traits. Our high confidence STR-trait associations implicate STRs in some of the strongest hits for multiple phenotypes, including a CTG repeat in APOB associated with circulating apolipoprotein B levels, a CGG repeat in the promoter of CBL associated with multiple platelet traits and a poly-A repeat in TAOK1 associated with mean platelet volume. Replication analyses in additional population groups and orthogonal expression data further support the role of a subset of the candidate STRs we identify. Together, our study suggests that polymorphic tandem repeats make widespread contributions to complex traits, provides a set of stringently selected candidate causal STRs, and demonstrates the need to routinely consider a more complete view of human genetic variation in GWAS.

Abstract Short tandem repeats (STRs) have been implicated in a variety of complex traits in humans. However, genome-wide studies of the effects of STRs on gene expression thus far have had limited power to detect associations and provide insights into putative mechanisms. Here, we leverage whole genome sequencing and expression data for 17 tissues from the Genotype-Tissue Expression Project (GTEx) to identify STRs for which repeat number is associated with expression of nearby genes (eSTRs). Our analysis reveals more than 28,000 eSTRs. We employ fine-mapping to quantify the probability that each eSTR is causal and characterize a group of the top 1,400 fine-mapped eSTRs. We identify hundreds of eSTRs linked with published GWAS signals and implicate specific eSTRs in complex traits including height and schizophrenia, inflammatory bowel disease, and intelligence. Overall, our results support the hypothesis that eSTRs contribute to a range of human phenotypes and will serve as a valuable resource for future studies of complex traits.

A rich set of tools have recently been developed for performing genome-wide genotyping of tandem repeats (TRs). However, standardized tools for downstream analysis of these results are lacking. To facilitate TR analysis applications, we present TRTools, a Python library and a suite of command-line tools for filtering, merging, and quality control of TR genotype files. TRTools utilizes an internal harmonization module making it compatible with outputs from a wide range of TR genotypers.