The human proteome is a crucial intermediate between complex diseases and their genetic and environmental components, and an important source of drug development targets and biomarkers. Here, we comprehensively assess the genetic architecture of 257 circulating protein biomarkers of cardiometabolic relevance through high-depth (22.5x) whole-genome sequencing (WGS) in 1,328 individuals. We discover 131 independent sequence variant associations ( P <7.45×10−11) across the allele frequency spectrum, all of which replicate in an independent cohort (n=1,605, 18.4x WGS). We identify for the first time replicating evidence for rare-variant cis -acting protein quantitative trait loci for five genes, involving both coding and non-coding variation. We construct and validate polygenic scores that explain up to 45% of protein level variation. We find causal links between protein levels and disease risk, identifying high-value biomarkers and drug development targets.

The role of rare variants in complex traits remains uncharted. Here, we conduct deep whole genome sequencing of 1,457 individuals from an isolated population, and test for rare variant burdens across six cardiometabolic traits. We identify a role for rare regulatory variation, which has hitherto been missed. We find evidence of rare variant burdens overlapping with, and mostly independent of established common variant signals (ADIPOQ and adiponectin, P=4.2x10-8; APOC3 and triglyceride levels, P=1.58x10-26; GGT1 and gamma-glutamyltransferase, P=2.3x10-6; UGT1A9 and bilirubin, P=1.9x10-8), and identify replicating evidence for a burden associated with triglyceride levels in FAM189A (P=2.26x10-8), indicating a role for this gene in lipid metabolism.