A genome-wide association study using the International Schizophrenia Consortium (ISC) data set revealed that common genetic variation underlies risk of schizophrenia. The study identified common variants within the major histocompatibility complex (MHC) locus and provided molecular genetic evidence for a substantial polygenic component to risk of schizophrenia that involved thousands of common alleles of very small effect. These alleles of small effect also contribute to risk of bipolar disorder (BPD). In the second of three papers on the genetics of schizophrenia, a large genome-wide association study looking at common genetic variants underlying the risk of schizophrenia implicates the major histocompatibility complex — and thus, immunity — and provides molecular genetic evidence for a substantial polygenic component to the risk of schizophrenia. The latter involves thousands of common alleles of very small effect that also contribute to the risk of bipolar disorder. Schizophrenia is a severe mental disorder with a lifetime risk of about 1%, characterized by hallucinations, delusions and cognitive deficits, with heritability estimated at up to 80%1,2. We performed a genome-wide association study of 3,322 European individuals with schizophrenia and 3,587 controls. Here we show, using two analytic approaches, the extent to which common genetic variation underlies the risk of schizophrenia. First, we implicate the major histocompatibility complex. Second, we provide molecular genetic evidence for a substantial polygenic component to the risk of schizophrenia involving thousands of common alleles of very small effect. We show that this component also contributes to the risk of bipolar disorder, but not to several non-psychiatric diseases.

The genetics of schizophrenia and other mental disorders are complex and poorly understood, and made even harder to study because reduced reproduction rates result in negative selection pressure on risk alleles. To date, some copy number variations have been linked to schizophrenia but the studies have been relatively small. Now two independent large-scale genome-wide studies of thousands of patients and controls by two international consortia confirm a previously identified locus but also reveal novel associations. In the first study, a collaboration between SGENE and partners, de novo (spontaneous) copy number variants are reported on chromosomes 1 and 15. In the second study, by the International Schizophrenia Consortium, deletions were also reported on these chromosomes, as was greater overall frequency of copy number variation in the genome. The genetics of schizophrenia and other mental disorders are complex and poorly understood, and made even harder to study due to reduced reproduction resulting in negative selection pressure on risk alleles. Two independent large-scale genome wide studies of thousands of patients and controls by two international consortia confirm a previously identified locus, but also reveal novel associations. In this study, deletions were reported on chromosomes 1 and 15, as well as a greater overall frequency of copy number variation in the genome. Schizophrenia is a severe mental disorder marked by hallucinations, delusions, cognitive deficits and apathy, with a heritability estimated at 73–90% (ref. 1). Inheritance patterns are complex, and the number and type of genetic variants involved are not understood. Copy number variants (CNVs) have been identified in individual patients with schizophrenia2,3,4,5,6,7 and also in neurodevelopmental disorders8,9,10,11, but large-scale genome-wide surveys have not been performed. Here we report a genome-wide survey of rare CNVs in 3,391 patients with schizophrenia and 3,181 ancestrally matched controls, using high-density microarrays. For CNVs that were observed in less than 1% of the sample and were more than 100 kilobases in length, the total burden is increased 1.15-fold in patients with schizophrenia in comparison with controls. This effect was more pronounced for rarer, single-occurrence CNVs and for those that involved genes as opposed to those that did not. As expected, deletions were found within the region critical for velo-cardio-facial syndrome, which includes psychotic symptoms in 30% of patients12. Associations with schizophrenia were also found for large deletions on chromosome 15q13.3 and 1q21.1. These associations have not previously been reported, and they remained significant after genome-wide correction. Our results provide strong support for a model of schizophrenia pathogenesis that includes the effects of multiple rare structural variants, both genome-wide and at specific loci.

Here we report the Simons Genome Diversity Project data set: high quality genomes from 300 individuals from 142 diverse populations. These genomes include at least 5.8 million base pairs that are not present in the human reference genome. Our analysis reveals key features of the landscape of human genome variation, including that the rate of accumulation of mutations has accelerated by about 5% in non-Africans compared to Africans since divergence. We show that the ancestors of some pairs of present-day human populations were substantially separated by 100,000 years ago, well before the archaeologically attested onset of behavioural modernity. We also demonstrate that indigenous Australians, New Guineans and Andamanese do not derive substantial ancestry from an early dispersal of modern humans; instead, their modern human ancestry is consistent with coming from the same source as that of other non-Africans. Deep whole-genome sequencing of 300 individuals from 142 diverse populations provides insights into key population genetic parameters, shows that all modern human ancestry outside of Africa including in Australasians is consistent with descending from a single founding population, and suggests a higher rate of accumulation of mutations in non-Africans compared to Africans since divergence. Three international collaborations reporting in this issue of Nature describe 787 high-quality genomes from individuals from geographically diverse populations. David Reich and colleagues analysed whole-genome sequences of 300 individuals from 142 populations. Their findings include an accelerated estimated rate of accumulation of mutations in non-Africans compared to Africans since divergence, and that indigenous Australians, New Guineans and Andamanese do not derive substantial ancestry from an early dispersal of modern humans but from the same source as that of other non-Africans. Eske Willerlsev and colleagues obtained whole-genome data for 83 Aboriginal Australians and 25 Papuans from the New Guinea Highlands. They estimate that Aboriginal Australians and Papuans diverged from Eurasian populations 51,000–72,000 years ago, following a single out-of-Africa dispersal. Luca Pagani et al. report on a dataset of 483 high-coverage human genomes from 148 populations worldwide, including 379 new genomes from 125 populations. Their analyses support the model by which all non-African populations derive most of their genetic ancestry from a single recent migration out of Africa, although a Papuan contribution suggests a trace of an earlier human expansion.

A sequencing study comparing ancient and contemporary genomes reveals that most present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations: west European hunter-gatherers, ancient north Eurasians (related to Upper Palaeolithic Siberians) and early European farmers of mainly Near Eastern origin. By sequencing and comparing the genomes of nine ancient Europeans that bridge the transition to agriculture in Europe between 8,000 and 7,000 years ago, David Reich and colleagues show that most present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations — west European hunter-gatherers, ancient north Eurasians (related to Upper Palaeolithic Siberians) and early European farmers of mainly Near Eastern origin. They further propose that early European farmers had about 44% ancestry from a 'basal Eurasian' population that split before the diversification of other non-African lineages. These results raise interesting new questions, for instance that of where and when the Near Eastern farmers mixed with European hunter-gatherers to produce the early European farmers. We sequenced the genomes of a ∼7,000-year-old farmer from Germany and eight ∼8,000-year-old hunter-gatherers from Luxembourg and Sweden. We analysed these and other ancient genomes1,2,3,4 with 2,345 contemporary humans to show that most present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations: west European hunter-gatherers, who contributed ancestry to all Europeans but not to Near Easterners; ancient north Eurasians related to Upper Palaeolithic Siberians3, who contributed to both Europeans and Near Easterners; and early European farmers, who were mainly of Near Eastern origin but also harboured west European hunter-gatherer related ancestry. We model these populations’ deep relationships and show that early European farmers had ∼44% ancestry from a ‘basal Eurasian’ population that split before the diversification of other non-African lineages.

A small number of rare, recurrent genomic copy number variants (CNVs) are known to substantially increase susceptibility to schizophrenia. As a consequence of the low fecundity in people with schizophrenia and other neurodevelopmental phenotypes to which these CNVs contribute, CNVs with large effects on risk are likely to be rapidly removed from the population by natural selection. Accordingly, such CNVs must frequently occur as recurrent de novo mutations. In a sample of 662 schizophrenia proband-parent trios, we found that rare de novo CNV mutations were significantly more frequent in cases (5.1% all cases, 5.5% family history negative) compared with 2.2% among 2623 controls, confirming the involvement of de novo CNVs in the pathogenesis of schizophrenia. Eight de novo CNVs occurred at four known schizophrenia loci (3q29, 15q11.2, 15q13.3 and 16p11.2). De novo CNVs of known pathogenic significance in other genomic disorders were also observed, including deletion at the TAR (thrombocytopenia absent radius) region on 1q21.1 and duplication at the WBS (Williams-Beuren syndrome) region at 7q11.23. Multiple de novos spanned genes encoding members of the DLG (discs large) family of membrane-associated guanylate kinases (MAGUKs) that are components of the postsynaptic density (PSD). Two de novos also affected EHMT1, a histone methyl transferase known to directly regulate DLG family members. Using a systems biology approach and merging novel CNV and proteomics data sets, systematic analysis of synaptic protein complexes showed that, compared with control CNVs, case de novos were significantly enriched for the PSD proteome (P=1.72 × 10⁻⁶. This was largely explained by enrichment for members of the N-methyl-D-aspartate receptor (NMDAR) (P=4.24 × 10⁻⁶) and neuronal activity-regulated cytoskeleton-associated protein (ARC) (P=3.78 × 10⁻⁸) postsynaptic signalling complexes. In an analysis of 18 492 subjects (7907 cases and 10 585 controls), case CNVs were enriched for members of the NMDAR complex (P=0.0015) but not ARC (P=0.14). Our data indicate that defects in NMDAR postsynaptic signalling and, possibly, ARC complexes, which are known to be important in synaptic plasticity and cognition, play a significant role in the pathogenesis of schizophrenia.

Using principal component (PC) analysis, we studied the genetic constitution of 3,112 individuals from Europe as portrayed by more than 270,000 single nucleotide polymorphisms (SNPs) genotyped with the Illumina Infinium platform. In cohorts where the sample size was >100, one hundred randomly chosen samples were used for analysis to minimize the sample size effect, resulting in a total of 1,564 samples. This analysis revealed that the genetic structure of the European population correlates closely with geography. The first two PCs highlight the genetic diversity corresponding to the northwest to southeast gradient and position the populations according to their approximate geographic origin. The resulting genetic map forms a triangular structure with a) Finland, b) the Baltic region, Poland and Western Russia, and c) Italy as its vertexes, and with d) Central- and Western Europe in its centre. Inter- and intra- population genetic differences were quantified by the inflation factor lambda (λ) (ranging from 1.00 to 4.21), fixation index (Fst) (ranging from 0.000 to 0.023), and by the number of markers exhibiting significant allele frequency differences in pair-wise population comparisons. The estimated lambda was used to assess the real diminishing impact to association statistics when two distinct populations are merged directly in an analysis. When the PC analysis was confined to the 1,019 Estonian individuals (0.1% of the Estonian population), a fine structure emerged that correlated with the geography of individual counties. With at least two cohorts available from several countries, genetic substructures were investigated in Czech, Finnish, German, Estonian and Italian populations. Together with previously published data, our results allow the creation of a comprehensive European genetic map that will greatly facilitate inter-population genetic studies including genome wide association studies (GWAS).

Duplications and deletions in the human genome Duplications and deletions can lead to variation in copy number for genes and genomic loci among humans. Such variants can reveal evolutionary patterns and have implications for human health. Sudmant et al. examined copy-number variation across 236 individual genomes from 125 human populations. Deletions were under more selection, whereas duplications showed more population-specific structure. Interestingly, Oceanic populations retain large duplications postulated to have originated in an ancient Denisovan lineage. Science , this issue 10.1126/science.aab3761

Schizophrenia (SCZ) and bipolar disorder (BD) are highly heritable disorders that share a significant proportion of common risk variation. Understanding the genetic factors underlying the specific symptoms of these disorders will be crucial for improving diagnosis, intervention and treatment. In case-control data consisting of 53,555 cases (20,129 BD, 33,426 SCZ) and 54,065 controls, we identified 114 genome-wide significant loci (GWS) when comparing all cases to controls, of which 41 represented novel findings. Two genome-wide significant loci were identified when comparing SCZ to BD and a third was found when directly incorporating functional information. Regional joint association identified a genomic region of overlapping association in BD and SCZ with disease-independent causal variants indicating a fourth region contributing to differences between these disorders. Regional SNP-heritability analyses demonstrated that the estimated heritability of BD based on the SCZ GWS regions was significantly higher than that based on the average genomic region (91 regions, p = 1.2x10-6) while the inverse was not significant (19 regions, p=0.89). Using our BD and SCZ GWAS we calculated polygenic risk scores and identified several significant correlations with: 1) SCZ subphenotypes: negative symptoms (SCZ, p=3.6x10-6) and manic symptoms (BD, p=2x10-5), 2) BD subphenotypes: psychotic features (SCZ p=1.2x10-10, BD p=5.3x10-5) and age of onset (SCZ p=7.9x10-4). Finally, we show that psychotic features in BD has significant SNP-heritability (h2snp=0.15, SE=0.06), and a significant genetic correlation with SCZ (rg=0.34) in addition there is a significant sign test result between SCZ GWAS and a GWAS of BD cases contrasting those with and without psychotic features (p=0.0038, one-side binomial test). For the first time, we have identified specific loci pointing to a potential role of 4 genes (DARS2, ARFGEF2, DCAKD and GATAD2A) that distinguish between BD and SCZ, providing an opportunity to understand the biology contributing to clinical differences of these disorders. Our results provide the best evidence so far of genomic components distinguishing between BD and SCZ that contribute directly to specific symptom dimensions.