We expanded GWAS discovery for type 2 diabetes (T2D) by combining data from 898,130 European-descent individuals (9% cases), after imputation to high-density reference panels. With these data, we (i) extend the inventory of T2D-risk variants (243 loci, 135 newly implicated in T2D predisposition, comprising 403 distinct association signals); (ii) enrich discovery of lower-frequency risk alleles (80 index variants with minor allele frequency <5%, 14 with estimated allelic odds ratio >2); (iii) substantially improve fine-mapping of causal variants (at 51 signals, one variant accounted for >80% posterior probability of association (PPA)); (iv) extend fine-mapping through integration of tissue-specific epigenomic information (islet regulatory annotations extend the number of variants with PPA >80% to 73); (v) highlight validated therapeutic targets (18 genes with associations attributable to coding variants); and (vi) demonstrate enhanced potential for clinical translation (genome-wide chip heritability explains 18% of T2D risk; individuals in the extremes of a T2D polygenic risk score differ more than ninefold in prevalence). Combining 32 genome-wide association studies with high-density imputation provides a comprehensive view of the genetic contribution to type 2 diabetes in individuals of European ancestry with respect to locus discovery, causal-variant resolution, and mechanistic insight.

Height is a highly heritable, classic polygenic trait with approximately 700 common associated variants identified through genome-wide association studies so far. Here, we report 83 height-associated coding variants with lower minor-allele frequencies (in the range of 0.1–4.8%) and effects of up to 2 centimetres per allele (such as those in IHH, STC2, AR and CRISPLD2), greater than ten times the average effect of common variants. In functional follow-up studies, rare height-increasing alleles of STC2 (giving an increase of 1–2 centimetres per allele) compromised proteolytic inhibition of PAPP-A and increased cleavage of IGFBP-4 in vitro, resulting in higher bioavailability of insulin-like growth factors. These 83 height-associated variants overlap genes that are mutated in monogenic growth disorders and highlight new biological candidates (such as ADAMTS3, IL11RA and NOX4) and pathways (such as proteoglycan and glycosaminoglycan synthesis) involved in growth. Our results demonstrate that sufficiently large sample sizes can uncover rare and low-frequency variants of moderate-to-large effect associated with polygenic human phenotypes, and that these variants implicate relevant genes and pathways. Data from over 700,000 individuals reveal the identity of 83 sequence variants that affect human height, implicating new candidate genes and pathways as being involved in growth. As a highly heritable polygenic trait, human height has provided a model for the genetic analysis of complex traits. So far about 700 common genetic variants have been linked to height through genome-wide association studies, but the role of low-frequency and rare variants has not been systematically explored. Guillaume Lettre, Joel Hirschhorn and colleagues in the GIANT Consortium now report their analysis of coding regions in the genomes of 711,418 individuals. They identify 120 loci newly associated with height, including 32 rare and 51 low-frequency coding variants. They highlight 83 candidate genes with low-frequency height-associated variants and implicate biological pathways with known roles in growth disorders as well as new candidates. Their analyses provide insights into the genomic architecture of human height.

Understanding the genetic basis of airflow obstruction and smoking behaviour is key to determining the pathophysiology of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). We used UK Biobank data to study the genetic causes of smoking behaviour and lung health.We sampled individuals of European ancestry from UK Biobank, from the middle and extremes of the forced expiratory volume in 1 s (FEV1) distribution among heavy smokers (mean 35 pack-years) and never smokers. We developed a custom array for UK Biobank to provide optimum genome-wide coverage of common and low-frequency variants, dense coverage of genomic regions already implicated in lung health and disease, and to assay rare coding variants relevant to the UK population. We investigated whether there were shared genetic causes between different phenotypes defined by extremes of FEV1. We also looked for novel variants associated with extremes of FEV1 and smoking behaviour and assessed regions of the genome that had already shown evidence for a role in lung health and disease. We set genome-wide significance at p<5 × 10(-8).UK Biobank participants were recruited from March 15, 2006, to July 7, 2010. Sample selection for the UK BiLEVE study started on Nov 22, 2012, and was completed on Dec 20, 2012. We selected 50,008 unique samples: 10,002 individuals with low FEV1, 10,000 with average FEV1, and 5002 with high FEV1 from each of the heavy smoker and never smoker groups. We noted a substantial sharing of genetic causes of low FEV1 between heavy smokers and never smokers (p=2.29 × 10(-16)) and between individuals with and without doctor-diagnosed asthma (p=6.06 × 10(-11)). We discovered six novel genome-wide significant signals of association with extremes of FEV1, including signals at four novel loci (KANSL1, TSEN54, TET2, and RBM19/TBX5) and independent signals at two previously reported loci (NPNT and HLA-DQB1/HLA-DQA2). These variants also showed association with COPD, including in individuals with no history of smoking. The number of copies of a 150 kb region containing the 5' end of KANSL1, a gene that is important for epigenetic gene regulation, was associated with extremes of FEV1. We also discovered five new genome-wide significant signals for smoking behaviour, including a variant in NCAM1 (chromosome 11) and a variant on chromosome 2 (between TEX41 and PABPC1P2) that has a trans effect on expression of NCAM1 in brain tissue.By sampling from the extremes of the lung function distribution in UK Biobank, we identified novel genetic causes of lung function and smoking behaviour. These results provide new insight into the specific mechanisms underlying airflow obstruction, COPD, and tobacco addiction, and show substantial shared genetic architecture underlying airflow obstruction across individuals, irrespective of smoking behaviour and other airway disease.Medical Research Council.

In this trans-ethnic multi-omic study, we reinterpret the genetic architecture of blood pressure to identify genes, tissues, phenomes and medication contexts of blood pressure homeostasis. We discovered 208 novel common blood pressure SNPs and 53 rare variants in genome-wide association studies of systolic, diastolic and pulse pressure in up to 776,078 participants from the Million Veteran Program (MVP) and collaborating studies, with analysis of the blood pressure clinical phenome in MVP. Our transcriptome-wide association study detected 4,043 blood pressure associations with genetically predicted gene expression of 840 genes in 45 tissues, and mouse renal single-cell RNA sequencing identified upregulated blood pressure genes in kidney tubule cells. Analysis of blood pressure data from the Million Veteran Program trans-ethnic cohort identifies common and rare variants, and genetically predicted gene expression across multiple tissues associated with systolic, diastolic and pulse pressure in over 775,000 individuals.

Genome-wide association studies (GWAS) have identified >250 loci for body mass index (BMI), implicating pathways related to neuronal biology. Most GWAS loci represent clusters of common, noncoding variants from which pinpointing causal genes remains challenging. Here we combined data from 718,734 individuals to discover rare and low-frequency (minor allele frequency (MAF) < 5%) coding variants associated with BMI. We identified 14 coding variants in 13 genes, of which 8 variants were in genes (ZBTB7B, ACHE, RAPGEF3, RAB21, ZFHX3, ENTPD6, ZFR2 and ZNF169) newly implicated in human obesity, 2 variants were in genes (MC4R and KSR2) previously observed to be mutated in extreme obesity and 2 variants were in GIPR. The effect sizes of rare variants are ~10 times larger than those of common variants, with the largest effect observed in carriers of an MC4R mutation introducing a stop codon (p.Tyr35Ter, MAF = 0.01%), who weighed ~7 kg more than non-carriers. Pathway analyses based on the variants associated with BMI confirm enrichment of neuronal genes and provide new evidence for adipocyte and energy expenditure biology, widening the potential of genetically supported therapeutic targets in obesity. Exome-wide analysis identifies rare and low-frequency coding variants associated with body mass index. Gene-based meta-analysis and functional studies implicate 13 genes, eight of which are novel, and neuronal pathways as factors in human obesity.

Background— Genome-wide association studies have recently identified >400 loci that harbor DNA sequence variants that influence blood pressure (BP). Our earlier studies identified and validated 56 single nucleotide variants (SNVs) associated with BP from meta-analyses of exome chip genotype data. An additional 100 variants yielded suggestive evidence of association. Methods and Results— Here, we augment the sample with 140 886 European individuals from the UK Biobank, in whom 77 of the 100 suggestive SNVs were available for association analysis with systolic BP or diastolic BP or pulse pressure. We performed 2 meta-analyses, one in individuals of European, South Asian, African, and Hispanic descent (pan-ancestry, ≈475 000), and the other in the subset of individuals of European descent (≈423 000). Twenty-one SNVs were genome-wide significant ( P <5×10 − 8 ) for BP, of which 4 are new BP loci: rs9678851 (missense, SLC4A1AP ), rs7437940 ( AFAP1 ), rs13303 (missense, STAB1 ), and rs1055144 ( 7p15.2 ). In addition, we identified a potentially independent novel BP-associated SNV, rs3416322 (missense, SYNPO2L ) at a known locus, uncorrelated with the previously reported SNVs. Two SNVs are associated with expression levels of nearby genes, and SNVs at 3 loci are associated with other traits. One SNV with a minor allele frequency <0.01, (rs3025380 at DBH ) was genome-wide significant. Conclusions— We report 4 novel loci associated with BP regulation, and 1 independent variant at an established BP locus. This analysis highlights several candidate genes with variation that alter protein function or gene expression for potential follow-up.