Abstract The use of spoken and written language is a capacity that is unique to humans. Individual differences in reading- and language-related skills are influenced by genetic variation, with twin-based heritability estimates of 30-80%, depending on the trait. The relevant genetic architecture is complex, heterogeneous, and multifactorial, and yet to be investigated with well-powered studies. Here, we present a multicohort genome-wide association study (GWAS) of five traits assessed individually using psychometric measures: word reading, nonword reading, spelling, phoneme awareness, and nonword repetition, with total sample sizes ranging from 13,633 to 33,959 participants aged 5-26 years (12,411 to 27,180 for those with European ancestry, defined by principal component analyses). We identified a genome-wide significant association with word reading (rs11208009, p=1.098 × 10 −8 ) independent of known loci associated with intelligence or educational attainment. All five reading-/language-related traits had robust SNP-heritability estimates (0.13–0.26), and genetic correlations between them were modest to high. Using genomic structural equation modelling, we found evidence for a shared genetic factor explaining the majority of variation in word and nonword reading, spelling, and phoneme awareness, which only partially overlapped with genetic variation contributing to nonword repetition, intelligence and educational attainment. A multivariate GWAS was performed to jointly analyse word and nonword reading, spelling, and phoneme awareness, maximizing power for follow-up investigation. Genetic correlation analysis of multivariate GWAS results with neuroimaging traits identified association with cortical surface area of the banks of the left superior temporal sulcus, a brain region with known links to processing of spoken and written language. Analysis of evolutionary annotations on the lineage that led to modern humans showed enriched heritability in regions depleted of Neanderthal variants. Together, these results provide new avenues for deciphering the biological underpinnings of these uniquely human traits.

Abstract Compared with our fossil ancestors and Neandertal kin, modern humans have evolved a distinctive skull shape, with a rounder braincase and more delicate face. Competing explanations for this rounder skull have either linked it to changes in brain organisation, or seen it as a by-product of gracilization (evolution of thinner and lighter skeletal anatomy). Here, we combined palaeoanthropological data from hominin fossils and imaging genomics data from living humans to gain insight into evolutionary and developmental mechanisms shaping this uniquely modern human phenotype. We analysed endocranial globularity from magnetic resonance imaging (MRI) brain scans and genetic data of more than 33,000 adults. We discovered 28 genomic loci significantly associated with endocranial globularity. There was genetic overlap with the brain’s ventricular system, white matter microstructure, and sulcal morphology, and with multivariate genetic analyses of reading/language skills, but not with general cognition. The associated genes exhibited enriched expression in the brain during prenatal development and early childhood. The connection to the ventricular system hints at a role for cerebrospinal fluid pressure in shaping the endocranium during development. Genes linked to endocranial globularity also showed enhanced expression in the cardiovascular and female reproductive systems. This finding suggests co-evolutionary pathways whereby changes impacting factors such as energy needs, pregnancy, or fertility concurrently shape the brain and its structure.

While timing and rhythm-related phenotypes are heritable, the human genome variations underlying these traits are not yet well-understood. We conducted a genome-wide association study to identify common genetic variants associated with a self-reported musical rhythm phenotype in 606,825 individuals. Rhythm exhibited a highly polygenic architecture with sixty-eight loci reaching genome-wide significance (p<5x10-8) and SNP-based heritability of 13%-16%. Polygenic scores for rhythm predicted the presence of musician-related keywords in the BioVU electronic health record biobank. Genetic associations with rhythm were enriched for genes expressed in brain tissues. Genetic correlation analyses revealed shared genetic architecture with several traits relevant to cognition, emotion, health, and circadian rhythms, paving the way to a better understanding of the neurobiological pathways of musicality.

Rhythm and language-related traits are phenotypically correlated, but their genetic overlap is largely unknown. Here, we leveraged two large-scale genome-wide association studies performed to shed light on the shared genetics of rhythm (N=606,825) and dyslexia (N=1,138,870). Our results reveal an intricate shared genetic and neurobiological architecture, and lay groundwork for resolving longstanding debates about the potential co-evolution of human language and musical traits.

Abstract Advances in paleo-genetics allowed the identification of protein-coding changes arising on the lineage leading to Homo sapiens , by comparing genomes of present-day and archaic hominins. Experimental validation of the potential impact of such changes has so far been restricted to functional assays and model organisms. Large-scale biobanking now makes it possible to identify present-day carriers of archaic alleles and to directly assess phenotypic consequences in living adults. We queried exomes of half a million people in the UK Biobank at 37 genomic positions with supposedly fixed human-specific protein-coding changes. This yielded 103 carriers at 17 positions, with variable allele counts across ancestries. Contrasting carriers and non-carriers of an exemplary archaic allele in SSH2 , we observed no deviation from the norm in a range of health, psychological, and cognitive traits. We also identified 62 archaic-allele carriers for a TKTL1 missense change, previously shown to have large effects on cortical neurogenesis in brain organoids and animal models. Carriers did not show differences in relevant anatomical brain measures, and a substantial proportion had college/university degrees. This work offers an empirical demonstration of how large-scale biobank investigations of living adults can transform our understanding of human evolution. The findings challenge the notion of fixed human-specific genomic changes, highlight that individual interrogation of relevant sites is unlikely to yield major insights into the emergence of complex human traits, and emphasise the importance of including diverse ancestries when investigating origins of our species.

Abstract Background The number of words children produce (expressive vocabulary) and understand (receptive vocabulary) changes rapidly during early development, partially due to genetic factors, although mechanisms are not well understood. Here, we performed a meta-genome-wide association study within the EAGLE consortium and investigated polygenic overlap with later-life traits, including Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) and cognition. Methods We studied 37,913 parent-reported vocabulary size measures (English, Dutch, Danish) for 17,298 children of European descent. Meta-analyses were performed for early-phase expressive (infancy, 15-18 months), late-phase expressive (toddlerhood, 24-38 months) and late-phase receptive (toddlerhood, 24-38 months) vocabulary. Subsequently, we estimated Single-Nucleotide Polymorphism heritability (SNP-h 2 ), genetic correlations (r g ) and modelled underlying genetic factor structures with multivariate models. Results Contributions of common genetic variation to early-life vocabulary were modest (SNP-h 2 : 0.08(SE=0.01) to 0.24(SE=0.03)) and multi-factorial. Genetic overlap between infant expressive and toddler receptive vocabulary was near zero (r g =0.07(SE=0.10)), although both measures were genetically related to toddler expressive vocabulary (r g =0.69(SE=0.14) and r g =0.67(SE=0.16), respectively). Consistently, polygenic association patterns with later-life traits differed: Genetic links with cognition emerged only in toddlerhood (e.g. toddler receptive vocabulary and intelligence: r g =0.36(SE=0.12)), despite comparable study power for infant measures. Furthermore, increased polygenic ADHD risk was associated with larger infant expressive vocabulary (r g =0.23(SE=0.08)), as confirmed by ADHD-symptom-based follow-up analyses in the Avon Longitudinal Study of Parents and Children (ALSPAC-r g =0.54(SE=0.26)). Genetic relationships with toddler receptive vocabulary were, however, opposite (ALSPAC-r g =-0.74(SE=0.23)), highlighting developmental changes in genetic architectures. Conclusions Multiple genetic components contribute to early-life vocabulary development, shaping polygenic association patterns with later-life ADHD symptoms and cognition.

Abstract This study aimed to test theoretical predictions over biological underpinnings of previously documented phenotypic correlations between human language-related and musical rhythm traits. Here, after identifying significant genetic correlations between rhythm, dyslexia and various language-related traits, we adapted multivariate methods to capture genetic signals common to genome-wide association studies of rhythm ( N = 606,825) and dyslexia ( N = 1,138,870). The results revealed 16 pleiotropic loci ( P < 5 × 10 −8 ) jointly associated with rhythm impairment and dyslexia, and intricate shared genetic and neurobiological architectures. The joint genetic signal was enriched for foetal and adult brain cell-specific regulatory regions, highlighting complex cellular composition in their shared underpinnings. Local genetic correlation with a key white matter tract (the left superior longitudinal fasciculus-I) substantiated hypotheses about auditory–motor connectivity as a genetically influenced, evolutionarily relevant neural endophenotype common to rhythm and language processing. Overall, we provide empirical evidence of multiple aspects of shared biology linking language and musical rhythm, contributing novel insight into the evolutionary relationships between human musicality and linguistic communication traits.