Many common variants have been associated with hematological traits, but identification of causal genes and pathways has proven challenging. We performed a genome-wide association analysis in the UK Biobank and INTERVAL studies, testing 29.5 million genetic variants for association with 36 red cell, white cell, and platelet properties in 173,480 European-ancestry participants. This effort yielded hundreds of low frequency (<5%) and rare (<1%) variants with a strong impact on blood cell phenotypes. Our data highlight general properties of the allelic architecture of complex traits, including the proportion of the heritable component of each blood trait explained by the polygenic signal across different genome regulatory domains. Finally, through Mendelian randomization, we provide evidence of shared genetic pathways linking blood cell indices with complex pathologies, including autoimmune diseases, schizophrenia, and coronary heart disease and evidence suggesting previously reported population associations between blood cell indices and cardiovascular disease may be non-causal.

Most patients with rare diseases do not receive a molecular diagnosis and the aetiological variants and causative genes for more than half such disorders remain to be discovered1. Here we used whole-genome sequencing (WGS) in a national health system to streamline diagnosis and to discover unknown aetiological variants in the coding and non-coding regions of the genome. We generated WGS data for 13,037 participants, of whom 9,802 had a rare disease, and provided a genetic diagnosis to 1,138 of the 7,065 extensively phenotyped participants. We identified 95 Mendelian associations between genes and rare diseases, of which 11 have been discovered since 2015 and at least 79 are confirmed to be aetiological. By generating WGS data of UK Biobank participants2, we found that rare alleles can explain the presence of some individuals in the tails of a quantitative trait for red blood cells. Finally, we identified four novel non-coding variants that cause disease through the disruption of transcription of ARPC1B, GATA1, LRBA and MPL. Our study demonstrates a synergy by using WGS for diagnosis and aetiological discovery in routine healthcare. Whole-genome sequencing and phenotype data sharing are introduced in a national health system to streamline diagnosis and to discover coding and non-coding variants that cause rare diseases.

Heteroplasmy incidence in mitochondrial DNA In humans, mitochondrial DNA (mtDNA) is predominantly maternally inherited. mtDNA is under selection to prevent heteroplasmy—the transmission of multiple genetic variants into the next generation. Wei et al. explored human mtDNA sequences to determine mtDNA genome structure, selection, and transmission. Whole-genome sequencing revealed that about 45% of individuals carry heteroplasmic mtDNA sequences at levels greater than 1% of their total mtDNA. Furthermore, studies of more than 1500 mother-offspring pairs indicated that the female line selected which mtDNA variants were passed on to children. This effect was influenced by the mother's nuclear genetic background. Thus, mtDNA is under selection at specific loci in the human germ line. Science , this issue p. eaau6520

Significance Statement A minority of cases of primary membranoproliferative GN are familial, caused by mutations in complement genes, and nonfamilial cases have also been reported to harbor such mutations. To characterize the genetic factors contributing to this disease, the authors analyzed whole-genome data from 165 cases of primary membranoproliferative GN and 10,250 control individuals, including 146 cases and 6442 controls who were unrelated and of European ancestry. Although they observed no significant enrichment of rare variants in complement genes or exome-wide among cases compared with controls, they found that the HLA locus was strongly associated with primary membranoproliferative GN, a finding replicated in an independent cohort. These findings imply that in most cases, primary membranoproliferative GN is driven by autoimmunity rather than an underlying monogenic disorder of complement regulation. Background Primary membranoproliferative GN, including complement 3 (C3) glomerulopathy, is a rare, untreatable kidney disease characterized by glomerular complement deposition. Complement gene mutations can cause familial C3 glomerulopathy, and studies have reported rare variants in complement genes in nonfamilial primary membranoproliferative GN. Methods We analyzed whole-genome sequence data from 165 primary membranoproliferative GN cases and 10,250 individuals without the condition (controls) as part of the National Institutes of Health Research BioResource–Rare Diseases Study. We examined copy number, rare, and common variants. Results Our analysis included 146 primary membranoproliferative GN cases and 6442 controls who were unrelated and of European ancestry. We observed no significant enrichment of rare variants in candidate genes (genes encoding components of the complement alternative pathway and other genes associated with the related disease atypical hemolytic uremic syndrome; 6.8% in cases versus 5.9% in controls) or exome-wide. However, a significant common variant locus was identified at 6p21.32 (rs35406322) ( P =3.29×10 −8 ; odds ratio [OR], 1.93; 95% confidence interval [95% CI], 1.53 to 2.44), overlapping the HLA locus. Imputation of HLA types mapped this signal to a haplotype incorporating DQA1*05:01, DQB1*02:01, and DRB1*03:01 ( P =1.21×10 −8 ; OR, 2.19; 95% CI, 1.66 to 2.89). This finding was replicated by analysis of HLA serotypes in 338 individuals with membranoproliferative GN and 15,614 individuals with nonimmune renal failure. Conclusions We found that HLA type, but not rare complement gene variation, is associated with primary membranoproliferative GN. These findings challenge the paradigm of complement gene mutations typically causing primary membranoproliferative GN and implicate an underlying autoimmune mechanism in most cases.

Abstract Intrahepatic cholestasis of pregnancy (ICP) is a pregnancy-specific liver disorder affecting 0.5–2% of pregnancies. The majority of cases present in the third trimester with pruritus, elevated serum bile acids and abnormal serum liver tests. ICP is associated with an increased risk of adverse outcomes, including spontaneous preterm birth and stillbirth. Whilst rare mutations affecting hepatobiliary transporters contribute to the aetiology of ICP, the role of common genetic variation in ICP has not been systematically characterised to date. Here, we perform genome-wide association studies (GWAS) and meta-analyses for ICP across three studies including 1138 cases and 153,642 controls. Eleven loci achieve genome-wide significance and have been further investigated and fine-mapped using functional genomics approaches. Our results pinpoint common sequence variation in liver-enriched genes and liver-specific cis -regulatory elements as contributing mechanisms to ICP susceptibility.

A targeted high-throughput sequencing (HTS) panel test for clinical diagnostics requires careful consideration of the inclusion of appropriate diagnostic-grade genes, the ability to detect multiple types of genomic variation with high levels of analytic sensitivity and reproducibility, and variant interpretation by a multi-disciplinary team (MDT) in the context of the clinical phenotype. We have sequenced 2,390 index patients using the ThromboGenomics HTS panel test of diagnostic-grade genes known to harbour variants associated with rare bleeding, thrombotic or platelet disorders (BPD). The diagnostic rate was determined by the clinical phenotype, with an overall rate of 50.4% for all thrombotic, coagulation, platelet count and function disorder patients and a rate of 6.2% for patients with unexplained bleeding disorders characterized by normal hemostasis test results. The MDT classified 756 unique variants, including copy number and intronic variants, as Pathogenic, Likely Pathogenic or Variants of Uncertain Significance. Almost half (49.7%) of these variants are novel and 41 unique variants were identified in 7 genes recently found to be implicated in BPD. Inspection of canonical hemostasis pathways identified 29 patients with evidence of oligogenic inheritance. A molecular diagnosis has been reported for 897 index patients providing evidence that introducing a HTS genetic test for BPD patients is meeting an important unmet clinical need.