The UK Biobank project is a prospective cohort study with deep genetic and phenotypic data collected on approximately 500,000 individuals from across the United Kingdom, aged between 40 and 69 at recruitment. The open resource is unique in its size and scope. A rich variety of phenotypic and health-related information is available on each participant, including biological measurements, lifestyle indicators, biomarkers in blood and urine, and imaging of the body and brain. Follow-up information is provided by linking health and medical records. Genome-wide genotype data have been collected on all participants, providing many opportunities for the discovery of new genetic associations and the genetic bases of complex traits. Here we describe the centralized analysis of the genetic data, including genotype quality, properties of population structure and relatedness of the genetic data, and efficient phasing and genotype imputation that increases the number of testable variants to around 96 million. Classical allelic variation at 11 human leukocyte antigen genes was imputed, resulting in the recovery of signals with known associations between human leukocyte antigen alleles and many diseases. Deep phenotype and genome-wide genetic data from 500,000 individuals from the UK Biobank, describing population structure and relatedness in the cohort, and imputation to increase the number of testable variants to 96 million.

Multiple sclerosis is a disease of the central nervous system that involves interplay between inflammation and neurodegeneration. Despite intensive study, much of the genetic architecture underlying susceptibility to the disease remains to be defined. A large, international, collaborative genome-wide association study involving almost 10,000 cases, all of European descent, has confirmed about 20 previously reported multiple-sclerosis-linked regions of DNA, and identified an additional 29 novel susceptibility loci. Further analysis implicates the differentiation of T-helper cells as particularly relevant to the pathogenesis of this disease. Multiple sclerosis is a common disease of the central nervous system in which the interplay between inflammatory and neurodegenerative processes typically results in intermittent neurological disturbance followed by progressive accumulation of disability1. Epidemiological studies have shown that genetic factors are primarily responsible for the substantially increased frequency of the disease seen in the relatives of affected individuals2,3, and systematic attempts to identify linkage in multiplex families have confirmed that variation within the major histocompatibility complex (MHC) exerts the greatest individual effect on risk4. Modestly powered genome-wide association studies (GWAS)5,6,7,8,9,10 have enabled more than 20 additional risk loci to be identified and have shown that multiple variants exerting modest individual effects have a key role in disease susceptibility11. Most of the genetic architecture underlying susceptibility to the disease remains to be defined and is anticipated to require the analysis of sample sizes that are beyond the numbers currently available to individual research groups. In a collaborative GWAS involving 9,772 cases of European descent collected by 23 research groups working in 15 different countries, we have replicated almost all of the previously suggested associations and identified at least a further 29 novel susceptibility loci. Within the MHC we have refined the identity of the HLA-DRB1 risk alleles and confirmed that variation in the HLA-A gene underlies the independent protective effect attributable to the class I region. Immunologically relevant genes are significantly overrepresented among those mapping close to the identified loci and particularly implicate T-helper-cell differentiation in the pathogenesis of multiple sclerosis.

Using the ImmunoChip custom genotyping array, we analyzed 14,498 subjects with multiple sclerosis and 24,091 healthy controls for 161,311 autosomal variants and identified 135 potentially associated regions (P < 1.0 × 10(-4)). In a replication phase, we combined these data with previous genome-wide association study (GWAS) data from an independent 14,802 subjects with multiple sclerosis and 26,703 healthy controls. In these 80,094 individuals of European ancestry, we identified 48 new susceptibility variants (P < 5.0 × 10(-8)), 3 of which we found after conditioning on previously identified variants. Thus, there are now 110 established multiple sclerosis risk variants at 103 discrete loci outside of the major histocompatibility complex. With high-resolution Bayesian fine mapping, we identified five regions where one variant accounted for more than 50% of the posterior probability of association. This study enhances the catalog of multiple sclerosis risk variants and illustrates the value of fine mapping in the resolution of GWAS signals.

Christopher Newton-Cheh and colleagues report a genome-wide association study for blood pressure traits as part of the Global BPgen consortium. They report eight loci with replicated association to systolic and/or diastolic blood pressure, with each also showing association to hypertension. Elevated blood pressure is a common, heritable cause of cardiovascular disease worldwide. To date, identification of common genetic variants influencing blood pressure has proven challenging. We tested 2.5 million genotyped and imputed SNPs for association with systolic and diastolic blood pressure in 34,433 subjects of European ancestry from the Global BPgen consortium and followed up findings with direct genotyping (N ≤ 71,225 European ancestry, N ≤ 12,889 Indian Asian ancestry) and in silico comparison (CHARGE consortium, N = 29,136). We identified association between systolic or diastolic blood pressure and common variants in eight regions near the CYP17A1 (P = 7 × 10−24), CYP1A2 (P = 1 × 10−23), FGF5 (P = 1 × 10−21), SH2B3 (P = 3 × 10−18), MTHFR (P = 2 × 10−13), c10orf107 (P = 1 × 10−9), ZNF652 (P = 5 × 10−9) and PLCD3 (P = 1 × 10−8) genes. All variants associated with continuous blood pressure were associated with dichotomous hypertension. These associations between common variants and blood pressure and hypertension offer mechanistic insights into the regulation of blood pressure and may point to novel targets for interventions to prevent cardiovascular disease.

Genetic maps, which document the way in which recombination rates vary over a genome, are an essential tool for many genetic analyses. We present a high-resolution genetic map of the human genome, based on statistical analyses of genetic variation data, and identify more than 25,000 recombination hotspots, together with motifs and sequence contexts that play a role in hotspot activity. Differences between the behavior of recombination rates over large (megabase) and small (kilobase) scales lead us to suggest a two-stage model for recombination in which hotspots are stochastic features, within a framework in which large-scale rates are constrained.

Matthew Brown, Peter Donnelly and colleagues report results of a genome-wide association meta-analysis and follow-up study of ankylosing spondylitis. They identify three new risk variants and report a genetic interaction between ERAP1 and HLA-B27, implicating aberrant peptide handling in the pathophysiology of this disease. Ankylosing spondylitis is a common form of inflammatory arthritis predominantly affecting the spine and pelvis that occurs in approximately 5 out of 1,000 adults of European descent. Here we report the identification of three variants in the RUNX3, LTBR-TNFRSF1A and IL12B regions convincingly associated with ankylosing spondylitis (P < 5 × 10−8 in the combined discovery and replication datasets) and a further four loci at PTGER4, TBKBP1, ANTXR2 and CARD9 that show strong association across all our datasets (P < 5 × 10−6 overall, with support in each of the three datasets studied). We also show that polymorphisms of ERAP1, which encodes an endoplasmic reticulum aminopeptidase involved in peptide trimming before HLA class I presentation, only affect ankylosing spondylitis risk in HLA-B27–positive individuals. These findings provide strong evidence that HLA-B27 operates in ankylosing spondylitis through a mechanism involving aberrant processing of antigenic peptides.

Homing in on Hotspots The clustering of recombination in the genome, around locations known as hotspots, is associated with specific DNA motifs. Now, using a variety of techniques, three studies implicate a chromatin-modifying protein, the histone-methyltransferase PRDM9, as a major factor involved in human hotspots (see the Perspective by Cheung et al. ). Parvanov et al. (p. 835 , published online 31 December) mapped the locus in mice, and analyzed allelic variation in mice and humans, whereas Myers et al. (p. 876 , published online 31 December) used a comparative analysis between human and chimpanzees to show that the recombination process leads to a self-destructive drive in which the very motifs that recruit hotspots are eliminated from our genome. Baudat et al. (p. 836 , published online 31 December) took this analysis a step further to identify human allelic variants within Prdm9 that differed in the frequency at which they used hotspots. Furthermore, differential binding of this protein to different human alleles suggests that this protein interacts with specific DNA sequences. Thus, PDRM9 functions in the determination of recombination loci within the genome and may be a significant factor in the genomic differences between closely related species.

Fine-scale genetic variation between human populations is interesting as a signature of historical demographic events and because of its potential for confounding disease studies. We use haplotype-based statistical methods to analyse genome-wide single nucleotide polymorphism (SNP) data from a carefully chosen geographically diverse sample of 2,039 individuals from the United Kingdom. This reveals a rich and detailed pattern of genetic differentiation with remarkable concordance between genetic clusters and geography. The regional genetic differentiation and differing patterns of shared ancestry with 6,209 individuals from across Europe carry clear signals of historical demographic events. We estimate the genetic contribution to southeastern England from Anglo-Saxon migrations to be under half, and identify the regions not carrying genetic material from these migrations. We suggest significant pre-Roman but post-Mesolithic movement into southeastern England from continental Europe, and show that in non-Saxon parts of the United Kingdom, there exist genetically differentiated subgroups rather than a general ‘Celtic’ population. Extensive genetic analysis of over 2,000 individuals from different locations in Britain reveals striking fine-scale patterns of population structure; comparisons with similar genetic data from the European continent reveal the legacy of earlier population migrations and information about the ancestry of current populations in specific geographic regions. Genetic data have been used widely to inform our understanding of population history and migrations. Now with the advent of genome-wide analysis of single nucleotide polymorphism (SNP) data — cataloguing variation between individuals at a single position in the genome sequence — fine-scale genetic variation between human populations can be used as a signature of historical demographic events. Peter Donnelly and colleagues use such data from a selected geographically diverse sample of more than 2,000 individuals from the United Kingdom to reveal remarkable concordance between genetic clusters and geography. The results throw new light on several aspects of the peopling of Britain. For instance the genetic contribution to southeastern England from Anglo-Saxon migrations is under half, suggesting significant pre-Roman but post-Mesolithic population movement from the European continent. The data also reveal that non-Saxon regions contain genetically differentiated subgroups rather than a general 'Celtic' population.

Hypertension is a heritable and major contributor to the global burden of disease. The sum of rare and common genetic variants robustly identified so far explain only 1%–2% of the population variation in BP and hypertension. This suggests the existence of more undiscovered common variants. We conducted a genome-wide association study in 1,621 hypertensive cases and 1,699 controls and follow-up validation analyses in 19,845 cases and 16,541 controls using an extreme case-control design. We identified a locus on chromosome 16 in the 5′ region of Uromodulin (UMOD; rs13333226, combined P value of 3.6×10−11). The minor G allele is associated with a lower risk of hypertension (OR [95%CI]: 0.87 [0.84–0.91]), reduced urinary uromodulin excretion, better renal function; and each copy of the G allele is associated with a 7.7% reduction in risk of CVD events after adjusting for age, sex, BMI, and smoking status (H.R. = 0.923, 95% CI 0.860–0.991; p = 0.027). In a subset of 13,446 individuals with estimated glomerular filtration rate (eGFR) measurements, we show that rs13333226 is independently associated with hypertension (unadjusted for eGFR: 0.89 [0.83–0.96], p = 0.004; after eGFR adjustment: 0.89 [0.83–0.96], p = 0.003). In clinical functional studies, we also consistently show the minor G allele is associated with lower urinary uromodulin excretion. The exclusive expression of uromodulin in the thick portion of the ascending limb of Henle suggests a putative role of this variant in hypertension through an effect on sodium homeostasis. The newly discovered UMOD locus for hypertension has the potential to give new insights into the role of uromodulin in BP regulation and to identify novel drugable targets for reducing cardiovascular risk.

Background Serum uric acid levels in humans are influenced by diet, cellular breakdown, and renal elimination, and correlate with blood pressure, metabolic syndrome, diabetes, gout, and cardiovascular disease. Recent genome-wide association scans have found common genetic variants of SLC2A9 to be associated with increased serum urate level and gout. The SLC2A9 gene encodes a facilitative glucose transporter, and it has two splice variants that are highly expressed in the proximal nephron, a key site for urate handling in the kidney. We investigated whether SLC2A9 is a functional urate transporter that contributes to the longstanding association between urate and blood pressure in man. Methods and Findings We expressed both SLC2A9 splice variants in Xenopus laevis oocytes and found both isoforms mediate rapid urate fluxes at concentration ranges similar to physiological serum levels (200–500 μM). Because SLC2A9 is a known facilitative glucose transporter, we also tested whether glucose or fructose influenced urate transport. We found that urate is transported by SLC2A9 at rates 45- to 60-fold faster than glucose, and demonstrated that SLC2A9-mediated urate transport is facilitated by glucose and, to a lesser extent, fructose. In addition, transport is inhibited by the uricosuric benzbromarone in a dose-dependent manner (Ki = 27 μM). Furthermore, we found urate uptake was at least 2-fold greater in human embryonic kidney (HEK) cells overexpressing SLC2A9 splice variants than nontransfected kidney cells. To confirm that our findings were due to SLC2A9, and not another urate transporter, we showed that urate transport was diminished by SLC2A9-targeted siRNA in a second mammalian cell line. In a cohort of men we showed that genetic variants of SLC2A9 are associated with reduced urinary urate clearance, which fits with common variation at SLC2A9 leading to increased serum urate. We found no evidence of association with hypertension (odds ratio 0.98, 95% confidence interval [CI] 0.9 to 1.05, p > 0.33) by meta-analysis of an SLC2A9 variant in six case–control studies including 11,897 participants. In a separate meta-analysis of four population studies including 11,629 participants we found no association of SLC2A9 with systolic (effect size −0.12 mm Hg, 95% CI −0.68 to 0.43, p = 0.664) or diastolic blood pressure (effect size −0.03 mm Hg, 95% CI −0.39 to 0.31, p = 0.82). Conclusions This study provides evidence that SLC2A9 splice variants act as high-capacity urate transporters and is one of the first functional characterisations of findings from genome-wide association scans. We did not find an association of the SLC2A9 gene with blood pressure in this study. Our findings suggest potential pathogenic mechanisms that could offer a new drug target for gout.