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.

Abstract Clonal hematopoiesis (CH) – age-related expansion of mutated hematopoietic clones – can differ in frequency and cellular fitness. Descriptive studies have identified a spectrum of events (coding mutations in driver genes (CHIP), gains/losses and copy-neutral loss of chromosomal segments (mCAs), and loss of sex chromosomes). Co-existence of different CH events raises key questions as to their origin, selection, and impact. Here, we report analyses of sequence and genotype array data in up to 482,378 individuals from UK Biobank, demonstrating shared genetic architecture across different types of CH. These data highlighted evidence for a cellular evolutionary trade-off between different forms of CH, with LOY occurring at lower rates in individuals carrying mutations in established CHIP genes. Furthermore, we observed co-occurrence of CHIP and mCAs with overlap at TET2, DNMT3A , and JAK2 , in which CHIP precedes mCA acquisition. Individuals carrying these overlapping somatic mutations had a large increase in risk of future hematological malignancy (HR=17.31, 95% CI=9.80-30.58, P=8.94×10 −23 ), which is significantly elevated compared to individuals with non-overlapping CHIP and autosomal mCAs (P heterogeneity =8.83×10 −3 ). Finally, we leverage the shared genetic architecture of these CH traits to identify 15 novel loci associated with blood cancer risk.

SUMMARY Carotenoids perform a broad range of important functions in humans; therefore, carotenoid biofortification of maize ( Zea mays L.), one of the most highly produced cereal crops worldwide, would have a global impact on human health. PLASTID TERMINAL OXIDASE ( PTOX ) genes play an important role in carotenoid metabolism; however, the possible function of PTOX in carotenoid biosynthesis in maize has not yet been explored. In this study, we identified the maize PTOX gene ZmPTOX1 by forward genetic screening. While most higher plant species possess a single copy of the PTOX gene, maize carries two tandemly duplicated copies of ZmPTOX . Characterization of Zmptox1 mutants revealed that disrupting one copy of ZmPTOX1 was enough to impair carotenoid biosynthesis, indicating that ZmPTOX1 is essential for carotenoid biosynthesis in maize kernels. Remarkably, overexpression of ZmPTOX1 significantly improved the content of carotenoids, especially β-carotene (provitamin A), which was increased by ~3-fold, in maize kernels. Overall, our study shows that ZmPTOX1 plays a crucial role in carotenoid biosynthesis in maize kernels and suggests that fine-tuning the expression of this gene could improve the nutritional value of cereal grains.

Abstract Human genetic studies of common variants have provided substantial insight into the biological mechanisms that govern ovarian ageing 1 . Here we report analyses of rare protein-coding variants in 106,973 women from the UK Biobank study, implicating genes with effects around five times larger than previously found for common variants ( ETAA1 , ZNF518A , PNPLA8 , PALB2 and SAMHD1 ). The SAMHD1 association reinforces the link between ovarian ageing and cancer susceptibility 1 , with damaging germline variants being associated with extended reproductive lifespan and increased all-cause cancer risk in both men and women. Protein-truncating variants in ZNF518A are associated with shorter reproductive lifespan—that is, earlier age at menopause (by 5.61 years) and later age at menarche (by 0.56 years). Finally, using 8,089 sequenced trios from the 100,000 Genomes Project (100kGP), we observe that common genetic variants associated with earlier ovarian ageing associate with an increased rate of maternally derived de novo mutations. Although we were unable to replicate the finding in independent samples from the deCODE study, it is consistent with the expected role of DNA damage response genes in maintaining the genetic integrity of germ cells. This study provides evidence of genetic links between age of menopause and cancer risk.

Abstract Many variants that we inherit from our parents or acquire de novo or somatically are rare, limiting the precision with which we can associate them with disease. We performed exhaustive saturation genome editing (SGE) of BAP1 , the disruption of which is linked to tumorigenesis and altered neurodevelopment. We experimentally characterized 18,108 unique variants, of which 6,196 were found to have abnormal functions, and then used these data to evaluate phenotypic associations in the UK Biobank. We also characterized variants in a large population-ascertained tumor collection, in cancer pedigrees and ClinVar, and explored the behavior of cancer-associated variants compared to that of variants linked to neurodevelopmental phenotypes. Our analyses demonstrated that disruptive germline BAP1 variants were significantly associated with higher circulating levels of the mitogen IGF-1, suggesting a possible pathological mechanism and therapeutic target. Furthermore, we built a variant classifier with >98% sensitivity and specificity and quantify evidence strengths to aid precision variant interpretation.

Abstract Background Pulmonary fibrosis (PF) is a rare lung disease with diverse pathogenesis and multiple interconnected underlying biological mechanisms. Mosaic loss of chromosome Y (mLOY) is one of the most common forms of acquired chromosome abnormality in men, which has been reported to be associated with increased risk of various chronic progressive diseases including fibrotic diseases. However, the exact role of mLOY in the development of PF remains elusive and to be elucidated. Methods We adopted three complementary approaches to explore the role of mLOY in the pathogenesis of PF. We used copy number on chromosome Y to estimate mLOY comparing patients in PROFILE and gnomAD cohorts and between cases and control patients from the GE100KGP cohort. Correlation of mLOY with demographic and clinical variables was tested using patients from PROFILE cohort. Lung single-cell transcriptomic data were analysed to assess the cell types implicated in mLOY. We performed Mendelian randomisation to examine the causal relationship between mLOY, IPF, and telomere length. Results The genetic analysis suggests that mLOY is found in PF from both case cohorts but when compared with an age matched population the effect is minimal (P = 0.0032). mLOY is related to age (P = 0.00021) and shorter telomere length (P = 0.0081) rather than PF severity or progression. Single-cell analysis indicates that mLOY appears to be found primarily in immune cells and appears to be related to presence and severity of fibrosis. Mendelian randomisation demonstrates that mLOY is not on the causal pathway for IPF, but partial evidence supports that telomere shortening is on the causal pathway for mLOY. Conclusion Our study confirms the existence of mLOY in PF patients and suggests that mLOY is not a major driver of IPF. The combined evidence suggests a triangulation model where telomere shortening leads to both IPF and mLOY.