Macronutrient intake, the proportion of calories consumed from carbohydrate, fat, and protein, is an important risk factor for metabolic diseases with significant familial aggregation. Previous studies have identified two genetic loci for macronutrient intake, but incomplete coverage of genetic variation and modest sample sizes have hindered the discovery of additional loci. Here, we expanded the genetic landscape of macronutrient intake, identifying 12 suggestively significant loci (P < 1 × 10−6) associated with intake of any macronutrient in 91,114 European ancestry participants. Four loci replicated and reached genome-wide significance in a combined meta-analysis including 123,659 European descent participants, unraveling two novel loci; a common variant in RARB locus for carbohydrate intake and a rare variant in DRAM1 locus for protein intake, and corroborating earlier FGF21 and FTO findings. In additional analysis of 144,770 participants from the UK Biobank, all identified associations from the two-stage analysis were confirmed except for DRAM1. Identified loci might have implications in brain and adipose tissue biology and have clinical impact in obesity-related phenotypes. Our findings provide new insight into biological functions related to macronutrient intake.

Abstract BACKGROUND Associations between dairy intake and body mass index (BMI) have been inconsistently observed in epidemiological studies, and the causal relationship remains ill defined. METHODS We performed Mendelian randomization (MR) analysis using an established dairy intake-associated genetic polymorphism located upstream of the lactase gene (LCT-13910 C/T, rs4988235) as an instrumental variable (IV). Linear regression models were fitted to analyze associations between (a) dairy intake and BMI, (b) rs4988235 and dairy intake, and (c) rs4988235 and BMI in each study. The causal effect of dairy intake on BMI was quantified by IV estimators among 184802 participants from 25 studies. RESULTS Higher dairy intake was associated with higher BMI (β = 0.03 kg/m2 per serving/day; 95% CI, 0.00–0.06; P = 0.04), whereas the LCT genotype with 1 or 2 T allele was significantly associated with 0.20 (95% CI, 0.14–0.25) serving/day higher dairy intake (P = 3.15 × 10−12) and 0.12 (95% CI, 0.06–0.17) kg/m2 higher BMI (P = 2.11 × 10−5). MR analysis showed that the genetically determined higher dairy intake was significantly associated with higher BMI (β = 0.60 kg/m2 per serving/day; 95% CI, 0.27–0.92; P = 3.0 × 10−4). CONCLUSIONS The present study provides strong evidence to support a causal effect of higher dairy intake on increased BMI among adults.

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.

Epidemiology studies suggested that low birthweight was associated with a higher risk of hypertension in later life. However, little is known about the causality of such associations. In our study, we evaluated the causal association of low birthweight with adulthood hypertension following a standard analytic protocol using the study-level data of 183,433 participants from 60 studies (CHARGE-BIG consortium), as well as that with blood pressure using publicly available summary-level genome-wide association data from EGG consortium of 153,781 participants, ICBP consortium and UK Biobank cohort together of 757,601 participants. We used seven SNPs as the instrumental variable in the study-level analysis and 47 SNPs in the summary-level analysis. In the study-level analyses, decreased birthweight was associated with a higher risk of hypertension in adults (the odds ratio per 1 standard deviation (SD) lower birthweight, 1.22; 95% CI 1.16 to 1.28), while no association was found between genetically instrumented birthweight and hypertension risk (instrumental odds ratio for causal effect per 1 SD lower birthweight, 0.97; 95% CI 0.68 to 1.41). Such results were consistent with that from the summary-level analyses, where the genetically determined low birthweight was not associated with blood pressure measurements either. One SD lower genetically determined birthweight was not associated with systolic blood pressure (β = - 0.76, 95% CI - 2.45 to 1.08 mmHg), 0.06 mmHg lower diastolic blood pressure (β = - 0.06, 95% CI - 0.93 to 0.87 mmHg), or pulse pressure (β = - 0.65, 95% CI - 1.38 to 0.69 mmHg, all p > 0.05). Our findings suggest that the inverse association of birthweight with hypertension risk from observational studies was not supported by large Mendelian randomization analyses.

Background: ChREBP (carbohydrate responsive element binding protein) is a transcription factor that responds to sugar consumption. Sugar-sweetened beverage (SSB) consumption and genetic variants in the CHREBP locus have separately been linked to HDL-C (high-density lipoprotein cholesterol) and triglyceride concentrations. We hypothesized that SSB consumption would modify the association between genetic variants in the CHREBP locus and dyslipidemia. Methods: Data from 11 cohorts from the Cohorts for Heart and Aging Research in Genomic Epidemiology consortium (N=63 599) and the UK Biobank (N=59 220) were used to quantify associations of SSB consumption, genetic variants, and their interaction on HDL-C and triglyceride concentrations using linear regression models. A total of 1606 single nucleotide polymorphisms within or near CHREBP were considered. SSB consumption was estimated from validated questionnaires, and participants were grouped by their estimated intake. Results: In a meta-analysis, rs71556729 was significantly associated with higher HDL-C concentrations only among the highest SSB consumers (β, 2.12 [95% CI, 1.16–3.07] mg/dL per allele; P <0.0001), but not significantly among the lowest SSB consumers ( P =0.81; P Diff <0.0001). Similar results were observed for 2 additional variants (rs35709627 and rs71556736). For triglyceride, rs55673514 was positively associated with triglyceride concentrations only among the highest SSB consumers (β, 0.06 [95% CI, 0.02–0.09] ln-mg/dL per allele, P =0.001) but not the lowest SSB consumers ( P =0.84; P Diff =0.0005). Conclusions: Our results identified genetic variants in the CHREBP locus that may protect against SSB-associated reductions in HDL-C and other variants that may exacerbate SSB-associated increases in triglyceride concentrations. Registration: URL: https://www.clinicaltrials.gov ; Unique identifier: NCT00005133, NCT00005121, NCT00005487, and NCT00000479.

Background: Dietary intake of antioxidants such as vitamins C and E protect against oxidative stress, and may also be associated with altered DNA methylation patterns.Methods: We meta-analysed epigenome-wide association study (EWAS) results from 11,866 participants across eight population-based cohorts to evaluate the association between self-reported dietary and supplemental intake of vitamins C and E with DNA methylation. EWAS were adjusted for age, sex, BMI, caloric intake, blood cell type proportion, smoking status, alcohol consumption, and technical covariates. Significant results of the meta-analysis were subsequently evaluated in gene set enrichment analysis (GSEA) and expression quantitative trait methylation (eQTM) analysis.Results: In meta-analysis, methylation at 4,656 CpG sites was significantly associated with vitamin C intake at FDR ≤ 0.05. The most significant CpG sites associated with vitamin C (at FDR ≤ 0.01) were enriched for pathways associated with systems development and cell signalling in GSEA, and were associated with downstream expression of genes enriched in the immune response in eQTM analysis. Furthermore, methylation at 160 CpG sites was significantly associated with vitamin E intake at FDR ≤ 0.05, but GSEA and eQTM analysis of the top most significant CpG sites associated with vitamin E did not identify significant enrichment of any biological pathways investigated.Conclusions: We identified significant associations of many CpG sites with vitamin C and E intake, and our results suggest that vitamin C intake may be associated with systems development and the immune response.

Abstract Pubertal timing varies considerably and is associated with later health outcomes. We performed multi-ancestry genetic analyses on ~800,000 women, identifying 1,080 signals for age at menarche. Collectively, these explained 11% of trait variance in an independent sample. Women at the top and bottom 1% of polygenic risk exhibited ~11 and ~14-fold higher risks of delayed and precocious puberty, respectively. We identified several genes harboring rare loss-of-function variants in ~200,000 women, including variants in ZNF483 , which abolished the impact of polygenic risk. Variant-to-gene mapping approaches and mouse gonadotropin-releasing hormone neuron RNA sequencing implicated 665 genes, including an uncharacterized G-protein-coupled receptor, GPR83 , which amplified the signaling of MC3R , a key nutritional sensor. Shared signals with menopause timing at genes involved in DNA damage response suggest that the ovarian reserve might signal centrally to trigger puberty. We also highlight body size-dependent and independent mechanisms that potentially link reproductive timing to later life disease.

BACKGROUND: The Dietary Approaches to Stop Hypertension (DASH) diet score lowers blood pressure (BP). We examined interactions between genotype and the DASH diet score in relation to systolic BP. METHODS: We analyzed up to 9 420 585 single nucleotide polymorphisms in up to 127 282 individuals of 6 population groups (91% of European population) from the Cohorts for Heart and Aging Research in Genomic Epidemiology consortium (n=35 660) and UK Biobank (n=91 622) and performed European population-specific and cross-population meta-analyses. RESULTS: We identified 3 loci in European-specific analyses and an additional 4 loci in cross-population analyses at P interaction <5e−8. We observed a consistent interaction between rs117878928 at 15q25.1 (minor allele frequency, 0.03) and the DASH diet score ( P interaction =4e−8; P for heterogeneity, 0.35) in European population, where the interaction effect size was 0.42±0.09 mm Hg ( P interaction =9.4e−7) and 0.20±0.06 mm Hg ( P interaction =0.001) in Cohorts for Heart and Aging Research in Genomic Epidemiology and the UK Biobank, respectively. The 1 Mb region surrounding rs117878928 was enriched with cis-expression quantitative trait loci (eQTL) variants ( P =4e−273) and cis-DNA methylation quantitative trait loci variants ( P =1e−300). Although the closest gene for rs117878928 is MTHFS , the highest narrow sense heritability accounted by single nucleotide polymorphisms potentially interacting with the DASH diet score in this locus was for gene ST20 at 15q25.1. CONCLUSIONS: We demonstrated gene-DASH diet score interaction effects on systolic BP in several loci. Studies with larger diverse populations are needed to validate our findings.

Adult lung function is highly heritable and 279 genetic loci were recently reported as associated with spirometry-based measures of lung function. Though lung development and function differ between males and females throughout life, there has been no genome-wide study to identify genetic variants with differential effects on lung function in males and females. Here, we present the first genome-wide genotype-by-sex interaction study on four lung function traits in 303,612 participants from the UK Biobank. We detected five SNPs showing genome-wide significant (P<5 x 10-8) interactions with sex on lung function, as well as 21 suggestively significant interactions (P<1 x 10-6). The strongest sex interaction signal came from rs7697189 at 4:145436894 on forced expiratory volume in 1 second (FEV1) (P = 3.15 x 10-15), and was replicated (P = 0.016) in 75,696 individuals in the SpiroMeta consortium. Sex-stratified analyses demonstrated that the minor (C) allele of rs7697189 increased lung function to a greater extent in males than females (untransformed FEV1 β = 0.028 [SE 0.0022] litres in males vs β = 0.009 [SE 0.0014] litres in females), and this effect was not accounted for by differential effects on height, smoking or age at puberty. This SNP resides upstream of the gene encoding hedgehog-interacting protein (HHIP) and has previously been reported for association with lung function and HHIP expression in lung tissue. In our analyses, while HHIP expression in lung tissue was significantly different between the sexes with females having higher expression (most significant probeset P=6.90 x 10-6) after adjusting for age and smoking, rs7697189 did not demonstrate sex differential effects on expression. Establishing the mechanism by which HHIP SNPs have different effects on lung function in males and females will be important for our understanding of lung health and diseases, such as chronic obstructive pulmonary disease (COPD), in both sexes.

Birth weight (BW) variation is influenced by fetal and maternal genetic and non-genetic factors, and has been reproducibly associated with future cardio-metabolic health outcomes. These associations have been proposed to reflect the lifelong consequences of an adverse intrauterine environment. In earlier work, we demonstrated that much of the negative correlation between BW and adult cardio-metabolic traits could instead be attributable to shared genetic effects. However, that work and other previous studies did not systematically distinguish the direct effects of an individual's own genotype on BW and subsequent disease risk from indirect effects of their mother's correlated genotype, mediated by the intrauterine environment. Here, we describe expanded genome-wide association analyses of own BW (n=321,223) and offspring BW (n=230,069 mothers), which identified 278 independent association signals influencing BW (214 novel). We used structural equation modelling to decompose the contributions of direct fetal and indirect maternal genetic influences on BW, implicating fetal- and maternal-specific mechanisms. We used Mendelian randomization to explore the causal relationships between factors influencing BW through fetal or maternal routes, for example, glycemic traits and blood pressure. Direct fetal genotype effects dominate the shared genetic contribution to the association between lower BW and higher type 2 diabetes risk, whereas the relationship between lower BW and higher later blood pressure (BP) is driven by a combination of indirect maternal and direct fetal genetic effects: indirect effects of maternal BP-raising genotypes act to reduce offspring BW, but only direct fetal genotype effects (once inherited) increase the offspring's later BP. Instrumental variable analysis using maternal BW-lowering genotypes to proxy for an adverse intrauterine environment provided no evidence that it causally raises offspring BP. In successfully separating fetal from maternal genetic effects, this work represents an important advance in genetic studies of perinatal outcomes, and shows that the association between lower BW and higher adult BP is attributable to genetic effects, and not to intrauterine programming.