Nilesh Samani and colleagues report a meta-analysis of genome-wide association studies for mean leukocyte telomere length in 37,684 individuals, with replication of selected variants in an additional 10,739 individuals. They identify seven loci associated with mean telomere length, including two that have been associated with several cancers, and also find that alleles associated with shorter telomere length were associated with a higher risk of coronary artery disease. Interindividual variation in mean leukocyte telomere length (LTL) is associated with cancer and several age-associated diseases. We report here a genome-wide meta-analysis of 37,684 individuals with replication of selected variants in an additional 10,739 individuals. We identified seven loci, including five new loci, associated with mean LTL (P < 5 × 10−8). Five of the loci contain candidate genes (TERC, TERT, NAF1, OBFC1 and RTEL1) that are known to be involved in telomere biology. Lead SNPs at two loci (TERC and TERT) associate with several cancers and other diseases, including idiopathic pulmonary fibrosis. Moreover, a genetic risk score analysis combining lead variants at all 7 loci in 22,233 coronary artery disease cases and 64,762 controls showed an association of the alleles associated with shorter LTL with increased risk of coronary artery disease (21% (95% confidence interval, 5–35%) per standard deviation in LTL, P = 0.014). Our findings support a causal role of telomere-length variation in some age-related diseases.

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.

John Perry, Ken Ong and colleagues analyze genotype data on ∼370,000 women and identify 389 independent signals that associate with age at menarche, implicating ∼250 genes. Their analyses suggest causal inverse associations, independent of BMI, between puberty timing and risks for breast and endometrial cancers in women and prostate cancer in men. The timing of puberty is a highly polygenic childhood trait that is epidemiologically associated with various adult diseases. Using 1000 Genomes Project–imputed genotype data in up to ∼370,000 women, we identify 389 independent signals (P < 5 × 10−8) for age at menarche, a milestone in female pubertal development. In Icelandic data, these signals explain ∼7.4% of the population variance in age at menarche, corresponding to ∼25% of the estimated heritability. We implicate ∼250 genes via coding variation or associated expression, demonstrating significant enrichment in neural tissues. Rare variants near the imprinted genes MKRN3 and DLK1 were identified, exhibiting large effects when paternally inherited. Mendelian randomization analyses suggest causal inverse associations, independent of body mass index (BMI), between puberty timing and risks for breast and endometrial cancers in women and prostate cancer in men. In aggregate, our findings highlight the complexity of the genetic regulation of puberty timing and support causal links with cancer susceptibility.

Abstract Polycystic ovary syndrome (PCOS) is the most common reproductive disorder in women, yet there is little consensus regarding its aetiology. Here we perform a genome-wide association study of PCOS in up to 5,184 self-reported cases of White European ancestry and 82,759 controls, with follow-up in a further ∼2,000 clinically validated cases and ∼100,000 controls. We identify six signals for PCOS at genome-wide statistical significance ( P <5 × 10 −8 ), in/near genes ERBB4/HER4 , YAP1 , THADA , FSHB , RAD50 and KRR1. Variants in/near three of the four epidermal growth factor receptor genes ( ERBB2/HER2 , ERBB3/HER3 and ERBB4/HER4) are associated with PCOS at or near genome-wide significance. Mendelian randomization analyses indicate causal roles in PCOS aetiology for higher BMI ( P =2.5 × 10 −9 ), higher insulin resistance ( P =6 × 10 −4 ) and lower serum sex hormone binding globulin concentrations ( P =5 × 10 −4 ). Furthermore, genetic susceptibility to later menopause is associated with higher PCOS risk ( P =1.6 × 10 −8 ) and PCOS-susceptibility alleles are associated with higher serum anti-Müllerian hormone concentrations in girls ( P =8.9 × 10 −5 ). This large-scale study implicates an aetiological role of the epidermal growth factor receptors, infers causal mechanisms relevant to clinical management and prevention, and suggests balancing selection mechanisms involved in PCOS risk.

Abstract Vitamin D is a steroid hormone precursor that is associated with a range of human traits and diseases. Previous GWAS of serum 25-hydroxyvitamin D concentrations have identified four genome-wide significant loci ( GC, NADSYN1/DHCR7, CYP2R1, CYP24A1 ). In this study, we expand the previous SUNLIGHT Consortium GWAS discovery sample size from 16,125 to 79,366 (all European descent). This larger GWAS yields two additional loci harboring genome-wide significant variants ( P = 4.7×10 −9 at rs8018720 in SEC23A , and P = 1.9×10 −14 at rs10745742 in AMDHD1 ). The overall estimate of heritability of 25-hydroxyvitamin D serum concentrations attributable to GWAS common SNPs is 7.5%, with statistically significant loci explaining 38% of this total. Further investigation identifies signal enrichment in immune and hematopoietic tissues, and clustering with autoimmune diseases in cell-type-specific analysis. Larger studies are required to identify additional common SNPs, and to explore the role of rare or structural variants and gene–gene interactions in the heritability of circulating 25-hydroxyvitamin D levels.

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.

The genetic architecture of human reproductive behavior-age at first birth (AFB) and number of children ever born (NEB)-has a strong relationship with fitness, human development, infertility and risk of neuropsychiatric disorders. However, very few genetic loci have been identified, and the underlying mechanisms of AFB and NEB are poorly understood. We report a large genome-wide association study of both sexes including 251,151 individuals for AFB and 343,072 individuals for NEB. We identified 12 independent loci that are significantly associated with AFB and/or NEB in a SNP-based genome-wide association study and 4 additional loci associated in a gene-based effort. These loci harbor genes that are likely to have a role, either directly or by affecting non-local gene expression, in human reproduction and infertility, thereby increasing understanding of these complex traits.

Reproductive longevity is essential for fertility and influences healthy ageing in women

Variation in body iron is associated with or causes diseases, including anaemia and iron overload. Here, we analyse genetic association data on biochemical markers of iron status from 11 European-population studies, with replication in eight additional cohorts (total up to 48,972 subjects). We find 11 genome-wide-significant (P<5 × 10−8) loci, some including known iron-related genes (HFE, SLC40A1, TF, TFR2, TFRC, TMPRSS6) and others novel (ABO, ARNTL, FADS2, NAT2, TEX14). SNPs at ARNTL, TF, and TFR2 affect iron markers in HFE C282Y homozygotes at risk for hemochromatosis. There is substantial overlap between our iron loci and loci affecting erythrocyte and lipid phenotypes. These results will facilitate investigation of the roles of iron in disease. Iron deficiency is the leading cause of anaemia and is known to compromise immune function. Here, the authors identify several new genes associated with iron status in European populations and provide insight into how iron levels may be linked to the risk of metabolic disease.

Vitamin D insufficiency is common, correctable, and influenced by genetic factors, and it has been associated with risk of several diseases. We sought to identify low-frequency genetic variants that strongly increase the risk of vitamin D insufficiency and tested their effect on risk of multiple sclerosis, a disease influenced by low vitamin D concentrations. We used whole-genome sequencing data from 2,619 individuals through the UK10K program and deep-imputation data from 39,655 individuals genotyped genome-wide. Meta-analysis of the summary statistics from 19 cohorts identified in CYP2R1 the low-frequency (minor allele frequency=2.5%) synonymous coding variant g.14900931G>A (p.Asp120Asp) (rs117913124[A]), which conferred a large effect on 25-hydroxyvitamin D (25OHD) levels (−0.43 SD of standardized natural log-transformed 25OHD per A allele; p value=1.5 × 10⁻⁸⁸). The effect on 25OHD was four times larger and independent of the effect of a previously described common variant near CYP2R1. By analyzing 8,711 individuals, we showed that heterozygote carriers of this low-frequency variant have an increased risk of vitamin D insufficiency (odds ratio [OR] = 2.2, 95% confidence interval [CI] = 1.78–2.78, p=1.26 × 10⁻¹²). Individuals carrying one copy of this variant also had increased odds of multiple sclerosis (OR = 1.4, 95% CI=1.19–1.64, p=2.63 × 10⁻⁵) in a sample of 5,927 case and 5,599 control subjects. In conclusion, we describe a low-frequency CYP2R1 coding variant that exerts the largest effect upon 25OHD levels identified to date in the general European population and implicates vitamin D in the etiology of multiple sclerosis.