Abstract Glycaemic traits are used to diagnose and monitor type 2 diabetes, and cardiometabolic health. To date, most genetic studies of glycaemic traits have focused on individuals of European ancestry. Here, we aggregated genome-wide association studies in up to 281,416 individuals without diabetes (30% non-European ancestry) with fasting glucose, 2h-glucose post-challenge, glycated haemoglobin, and fasting insulin data. Trans-ancestry and single-ancestry meta-analyses identified 242 loci (99 novel; P <5×10 -8 ), 80% with no significant evidence of between-ancestry heterogeneity. Analyses restricted to European ancestry individuals with equivalent sample size would have led to 24 fewer new loci. Compared to single-ancestry, equivalent sized trans-ancestry fine-mapping reduced the number of estimated variants in 99% credible sets by a median of 37.5%. Genomic feature, gene-expression and gene-set analyses revealed distinct biological signatures for each trait, highlighting different underlying biological pathways. Our results increase understanding of diabetes pathophysiology by use of trans-ancestry studies for improved power and resolution.

Abstract Purpose To develop a new method for high-fidelity, high-resolution 3D multi-slab diffusion MRI with minimal distortion and boundary slice aliasing. Methods Our method modifies 3D multi-slab imaging to integrate blip-reversed acquisitions for distortion correction and oversampling in the slice direction (kz) for reducing boundary slice aliasing. Our aim is to achieve robust acceleration to keep the scan time the same as conventional 3D multi-slab acquisitions, in which data are acquired with a single direction of blip traversal and without kz-oversampling. We employ a two-stage reconstruction. In the first stage, the blip-up/down images are respectively reconstructed and analyzed to produce a field map for each diffusion direction. In the second stage, the blip-reversed data and the field map are incorporated into a joint reconstruction to produce images that are corrected for distortion and boundary slice aliasing. Results We conducted experiments at 7T in six healthy subjects. Stage 1 reconstruction produces images from highly under-sampled data (R=7.2) with sufficient quality to provide accurate field map estimation. Stage 2 joint reconstruction substantially reduces distortion artifacts with comparable quality to fully-sampled blip-reversed results (2.4× scan time). Whole-brain in-vivo results acquired at 1.05mm isotropic resolution demonstrate improved anatomical fidelity compared to conventional 3D multi-slab imaging. Data demonstrate good reliability and reproducibility of the proposed method over multiple subjects. Conclusion The proposed acquisition and reconstruction framework provide major reductions in distortion and boundary slice aliasing for 3D multi-slab diffusion MRI without increasing the scan time. This method has the potential to provide high-quality, high-resolution diffusion MRI.

Understanding how incipient species are maintained with gene flow is a fundamental question in evolutionary biology. Whole genome sequencing of multiple individuals holds great potential to illustrate patterns of genomic differentiation as well as the associated evolutionary histories. Kentish (Charadrius alexandrinus) and the white-faced (C. dealbatus) plovers, which differ in their phenotype, ecology and behaviour, are two incipient species and parapatrically distributed in East Asia. Previous studies show evidence of genetic diversification with gene flow between the two plovers. Under this scenario, it is of great importance to explore the patterns of divergence at the genomic level and to determine whether specific regions are involved in reproductive isolation and local adaptation. Here we present the first population genomic analysis of the two incipient species based on the de novo Kentish plover reference genome and resequenced populations. We show that the two plover lineages are distinct in both nuclear and mitochondrial genomes. Using model-based coalescence analysis, we found that population sizes of Kentish plover increased whereas white-faced plovers declined during the Last Glaciation Period. Moreover, the two plovers diverged allopatrically, with gene flow occurring after secondary contact. This has resulted in low levels of genome-wide differentiation, although we found evidence of a few highly differentiated genomic regions in both the autosomes and the Z-chromosome. This study illustrates that incipient shorebird species with gene flow after secondary contact can exhibit discrete divergence at specific genomic regions and provides basis to further exploration on the genetic basis of relevant phenotypic traits.

Genetic risk scores (GRSs) are weighted sums of risk allele counts of single nucleotide polymorphisms (SNPs) associated with a disease or trait. Construction of GRSs is typically based on published results from Genome-Wide Association Studies (GWASs), the majority of which have been performed in large populations of European ancestry (EA) individuals. While many genotype-trait associations have been shown to generalize from EA populations to other populations, such as Hispanics/Latinos, the optimal choice of SNPs and weights for GRSs may differ between populations due to different linkage disequilibrium (LD) and allele frequency patterns. This is further complicated by the fact that different Hispanic/Latino populations may have different admixture patterns, so that LD and allele frequency patterns may not be the same among non-EA populations. Here, we compare various approaches for GRS construction, using GWAS results from both large EA studies and a smaller study in Hispanics/Latinos, the Hispanic Community Health Study/Study of Latinos (HCHS/SOL, n=12,803). We consider multiple ways to select SNPs from association regions and to calculate the SNP weights. We study the performance of the resulting GRSs in an independent study of Hispanics/Latinos from the Woman Health Initiative (WHI, n=3,582). We support our investigation with simulation studies of potential genetic architectures in a single locus. We observed that selecting variants based on EA GWASs generally performs well, as long as SNP weights are calculated using Hispanics/Latinos GWASs, or using the meta-analysis of EA and Hispanics/Latinos GWASs. The optimal approach depends on the genetic architecture of the trait.

Introduction: Heart failure (HF) is understudied among women; especially, genomic evidence implicating shared or unique mechanisms of HF with respect to reduced or preserved ejection fraction (HFrEF, HFpEF) is lacking across ethnic populations of women. Prior genome-wide association studies (GWAS) have identified approximately 30 suggestive genetic variants for HF, although none have been specifically linked to HFrEF or HFpEF. Objectives: We aimed to define, replicate, and annotate genetic variants to HFrEF, HFpEF, or both, as well as to investigate potential biological mechanisms underlying HFrEF and HFpEF among African American (AA) and European American (EA) women in three well-characterized, high-quality prospective cohorts, the Women's Health Initiative (WHI) study, the Jackson Heart Study (JHS), and the Framingham Heart Study (FHS). Methods: GWAS analysis on HFrEF and HFpEF were first performed among 7,982 AA and 4,133 EA in the WHI, followed by pathway analysis employing two independent methodological platforms (GSA-SNP and Mergeomics) curating KEGG, Reactome, and BioCarta pathway databases. GWAS signals and biological pathways identified using the WHI were replicated in the JHS and FHS. For all replicated pathways, we performed cross-phenotype and cross-ethnicity validation analyses to examine shared pathways between HFrEF and HFpEF, and phenotype-specific pathways, across ethnicities. We further prioritized key driver genes for HF according to specific pathways identified. Results: We validated one previously reported genetic locus and identified six new ones, among which one locus was allocated to HFrEF and five to HFpEF. Additionally, we defined five biological pathways shared between HFrEF and HFpEF and discovered six HFpEF-specific pathways. These pathways overlapped in two main domains for molecular signaling: 1) inflammation and 2) vascular remodeling (including angiogenesis and vascular patterning), involving key driver genes from collagen and HLA gene families. Conclusions: Our network analysis of three large prospective cohorts of women in the United States defined several novel loci for HF and its subtypes. In particular, several key driver genes reinforce the mechanistic role of inflammation and vascular remodeling in the development of HF, especially HFpEF. Given that therapeutic strategies developed for left ventricular dysfunction have had limited success for HFpEF, several new targets and pathways identified and validated in this study should be further assessed in risk stratification as well as the design of potential new HF interventions.

The common pheasant ( Phasianus colchicus ) in the order Galliformes and the family Phasianidae, has 30 subspecies distributed across its native range in the Palearctic realm and has been introduced to Europe, North America, and Australia. It is an important game bird often subjected to wildlife management as well as a model species to study speciation, biogeography and local adaptation. However, the genomic resources for the common pheasant are generally lacking. We sequenced a male individual of the subspecies torquatus of the common pheasant with the Illumina Hiseq platform. We obtained 94.88 Gb of usable sequences by filtering out low -quality reads of the raw data generated. This resulted in a 1.02 Gb final assembly, which equals the estimated genome size. BUSCO analysis using chicken as a model showed that 93.3% of genes were complete. The contig N50 and scaffold N50 sizes were 178 kb and 10.2 Mb, respectively. All these indicate that we obtained a high-quality genome assembly. We annotated 16,485 protein-coding genes and 123.3 Mb (12.05 % of the genome) of repetitive sequences by ab initio and homology-based prediction. Furthermore, we applied a RAD-sequencing approach for another 45 individuals of seven representative subspecies in China and identified 4,376,351 novel single nucleotide polymorphism (SNPs) markers. Using this unprecedented dataset, we uncover the geographic population structure and genetic introgression among common pheasants in China. Our results provide the first high-quality reference genome for the common pheasant and a valuable genome-wide SNP database for studying population genomics and demographic history.

Multiple nuclear markers provide genetic polymorphism data for molecular systematics and population genetic studies. They are especially required for the coalescent-based analyses that can accurately estimate species trees and infer population demographic histories. However, in avian evolutionary studies, these powerful coalescent-based methods are hindered by the lack of a sufficient number of markers. In this study, we designed PCR (polymerase chain reaction) primers to amplify 136 nuclear protein-coding loci (NPCLs) by scanning the published Red Junglefowl (Gallus gallus) and Zebra Finch (Taeniopygia guttata) genomes. To test their utility, we amplified these loci in 41 bird species representing 23 Aves orders using touch-down PCR (TD-PCR). The sixty-two best-performing NPCLs, based on high PCR success rates, were selected which had various mutation rates and were evenly distributed across 17 avian autosomal chromosomes and the Z chromosome. To test the level of intraspecific polymorphism in these makers, we examined the genetic diversity in four populations of the Kentish Plover (Charadrius alexandrinus) at 17 of NPCL markers chosen at random. Our results showed that these NPCL markers could be consistently amplified in the Kentish plover and exhibited a level of polymorphism comparable with mitochondrial loci. Therefore, this set of pan-avian nuclear protein-coding loci has great potential to facilitate studies in avian phylogenetics and population genetics.

Patients with liver diseases often suffer from chronic itch or pruritus, yet the itch-causing pruritogen(s) and their cognate receptor(s) remain largely elusive. Using transcriptomics and GPCR activation assays, we found that an orphan, primate specific MRGPRX4 is expressed in human dorsal root ganglia (hDRG) and selectively activated by bile acids. In situ hybridization and immunohistochemistry revealed that MRGPRX4 is expressed in ~7% of hDRG neurons and co-localizes with HRH1, a known itch-inducing GPCR. Bile acids elicited a robust Ca2+ response in a subset of cultured hDRG neurons, and intradermal injection of bile acids and an MRGPRX4 specific agonist induced significant itch in healthy human subjects. Surprisingly, application of agonist for TGR5, a known sequence conserved bile acid receptor previously implicated in cholestatic itch, failed to elicit Ca2+ response in cultured hDRG neurons, nor did it induce pruritus in human subjects. In situ hybridization and immunostaining results revealed that hTGR5 is selectively expressed in satellite glial cells, unlike mTGR5 (in mouse DRG neurons), likely accounting for the inter-species difference functionally. Finally, we found that patients with cholestatic itch have significantly higher plasma bile acid levels compared to non-itchy patients and the bile acid levels significantly decreased after itch relief. This elevated bile acid level in itchy patients is sufficient to activate MRGPRX4. Taken together, our data strongly suggest that MRGPRX4 is a novel bile acid receptor that likely underlies cholestatic itch, providing a promising new drug target for anti-itch therapies.

Telomeres shorten in replicating somatic cells and with age; in human leukocytes, telomere length (TL) is associated with a host of aging-related diseases. To date, 16 genome-wide association studies (GWAS) have identified twenty-three loci associated with leukocyte TL, but prior studies were primarily in individuals of European and Asian ancestry and relied on laboratory assays including Southern Blot and qPCR to quantify TL. Here, we estimated TL bioinformatically, leveraging whole genome sequencing (WGS) of whole blood from n=75,176 subjects in the Trans-Omics for Precision Medicine (TOPMed) Program. We performed the largest multi-ethnic and only WGS-based genome-wide association analysis of TL to date. We identified 22 associated loci (p-value <5x10-8), including 10 novel loci. Three of the novel loci map to genes involved in telomere maintenance and/or DNA damage repair: TERF2, RFWD3, and SAMHD1. Many of the 99 pathways identified in gene set enrichment analysis for the 22 loci (multiple-testing corrected false discovery rate (FDR) <0.05) pertain to telomere biology, including the top five (FDR<1x10-9). Importantly, several loci, including the recently identified TINF2 and ATM loci, showed strong ancestry-specific associations.