The Genotype-Tissue Expression (GTEx) project dissects how genetic variation affects gene expression and splicing.

Cell type composition, estimated from bulk tissue, maps the cellular specificity of genetic variants.

Many complex human phenotypes exhibit sex-differentiated characteristics. However, the molecular mechanisms underlying these differences remain largely unknown. We generated a catalog of sex differences in gene expression and in the genetic regulation of gene expression across 44 human tissue sources surveyed by the Genotype-Tissue Expression project (GTEx, v8 release). We demonstrate that sex influences gene expression levels and cellular composition of tissue samples across the human body. A total of 37% of all genes exhibit sex-biased expression in at least one tissue. We identify cis expression quantitative trait loci (eQTLs) with sex-differentiated effects and characterize their cellular origin. By integrating sex-biased eQTLs with genome-wide association study data, we identify 58 gene-trait associations that are driven by genetic regulation of gene expression in a single sex. These findings provide an extensive characterization of sex differences in the human transcriptome and its genetic regulation.

Telomere length within an individual varies in a correlated manner across most tissues.

Abstract The colon is a complex organ that promotes digestion, extracts nutrients, participates in immune surveillance, maintains critical symbiotic relationships with microbiota, and affects overall health. To better understand its organization, functions, and its regulation at a single cell level, we performed CODEX multiplexed imaging, as well as single nuclear RNA and open chromatin assays across eight different intestinal sites of four donors. Through systematic analyses we find cell compositions differ dramatically across regions of the intestine, demonstrate the complexity of epithelial subtypes, and find that the same cell types are organized into distinct neighborhoods and communities highlighting distinct immunological niches present in the intestine. We also map gene regulatory differences in these cells suggestive of a regulatory differentiation cascade, and associate intestinal disease heritability with specific cell types. These results describe the complexity of the cell composition, regulation, and organization for this organ, and serve as an important reference map for understanding human biology and disease.

Abstract By providing additional opportunities for coalescence within families, the presence of consanguineous unions in a population reduces coalescence times relative to non-consanguineous populations. First-cousin consanguinity can take one of six forms differing in the configuration of sexes in the pedigree of the male and female cousins who join in a consanguineous union: patrilateral parallel, patrilateral cross, matrilateral parallel, matrilateral cross, bilateral parallel, and bilateral cross. Considering populations with each of the six types of first-cousin consanguinity individually and a population with a mixture of the four unilateral types, we examine coalescent models of consanguinity. We previously computed, for first-cousin consanguinity models, the mean coalescence time for X-chromosomal loci and the limiting distribution of coalescence times for autosomal loci. Here, we use the separation-of-time-scales approach to obtain the limiting distribution of coalescence times for X-chromosomal loci. This limiting distribution has an instantaneous coalescence probability that depends on the probability that a union is consanguineous; lineages that do not coalesce instantaneously coalesce according to an exponential distribution. We study the effects on the coalescence time distribution of the type of first-cousin consanguinity, showing that patrilateral-parallel and patrilateral-cross consanguinity have no effect on X-chromosomal coalescence time distributions and that matrilateral-parallel consanguinity decreases coalescence times to a greater extent than does matrilateral-cross consanguinity.

Abstract Mutation, recombination, selection, and demography affect genetic variation across the genome. Increased mutation and recombination both lead to increases in genetic diversity in a region-specific manner, while complex demographic patterns shape patterns of diversity on a more global scale. The X chromosome is particularly interesting because it contains several distinct regions that are subject to different combinations and strengths of these processes, notably the pseudoautosomal regions (PARs) and the X-transposed region (XTR). The X chromosome thus can serve as a unique model for studying how genetic and demographic forces act in different contexts to shape patterns of observed variation. Here we investigate diversity, divergence, and linkage disequilibrium in each region of the X chromosome using genomic data from 26 human populations. We find that both diversity and substitution rate are consistently elevated in PAR1 and the XTR compared to the rest of the X chromosome. In contrast, linkage disequilibrium is lowest in PAR1 and highest on the non-recombining X chromosome, with the XTR falling in between, suggesting that the XTR (usually included in the non-recombining X) may need to be considered separately in future studies. We also observed strong population-specific effects on genetic diversity; not only does genetic variation differ on the X and autosomes among populations, but the effects of linked selection on the X relative to autosomes have been shaped by population-specific history. The substantial variation in patterns of variation across these regions provides insight into the unique evolutionary history contained within the X chromosome. Significance Statement Demography and selection affect the X chromosome differently from non-sex chromosomes. However, the X chromosome can be subdivided into multiple distinct regions that facilitate even more fine-scaled assessment of these processes. Here we study regions of the human X chromosome in 26 populations to find evidence that recombination may be mutagenic in humans and that the X-transposed region may undergo recombination. Further we observe that the effects of selection and demography act differently on the X chromosome relative to the autosomes across human populations. Together, our results highlight profound regional differences across the X chromosome, simultaneously making it an ideal system for exploring the action of evolutionary forces as well as necessitating its careful consideration and treatment in genomic analyses.

Unlike the autosomes, recombination between the X chromosome and Y chromosome often thought to be constrained to two small pseudoautosomal regions (PARs) at the tips of each sex chromosome. The PAR1 spans the first 2.7 Mb of the proximal arm of the human sex chromosomes, while the much smaller PAR2 encompasses the distal 320 kb of the long arm of each sex chromosome. In addition to the PAR1 and PAR2, there is a human-specific X-transposed region that was duplicated from the X to the Y. The X-transposed region is often not excluded from X-specific analyses, unlike the PARs, because it is not thought to routinely recombine. Genetic diversity is expected to be higher in recombining regions than in non-recombining regions because recombination reduces the effect of linked selection. In this study, we investigate patterns of genetic diversity in noncoding regions across the entire X chromosome of a global sample of 26 unrelated genetic females. We observe that genetic diversity in the PAR1 is significantly greater than the non-recombining regions (nonPARs). However, rather than an abrupt drop in diversity at the pseudoautosomal boundary, there is a gradual reduction in diversity from the recombining through the non-recombining region, suggesting that recombination between the human sex chromosomes spans across the currently defined pseudoautosomal boundary. In contrast, diversity in the PAR2 is not significantly elevated compared to the nonPAR, suggesting that recombination is not obligatory in the PAR2. Finally, diversity in the X-transposed region is higher than the surrounding nonPAR regions, providing evidence that recombination may occur with some frequency between the X and Y in the XTR.

Despite the profound impacts of scientific research, few scientists have received the necessary training to productively discuss the ethical and societal implications of their work. To address this critical gap, we - a group of predominantly human genetics trainees - developed a course on genetics, ethics, and society. We intend for this course to serve as a template for other institutions and scientific disciplines. Our curriculum positions human genetics within its historical and societal context and encourages students to evaluate how societal norms and structures impact the conduct of scientific research. We demonstrate the utility of this course via surveys of enrolled students and provide resources and strategies for others hoping to teach a similar course. We conclude by arguing that if we are to work towards rectifying the inequities and injustices produced by our field, we must first learn to view our own research as impacting and being impacted by society.