Abstract The UK Biobank is a prospective study of 502,543 individuals, combining extensive phenotypic and genotypic data with streamlined access for researchers around the world 1 . Here we describe the release of exome-sequence data for the first 49,960 study participants, revealing approximately 4 million coding variants (of which around 98.6% have a frequency of less than 1%). The data include 198,269 autosomal predicted loss-of-function (LOF) variants, a more than 14-fold increase compared to the imputed sequence. Nearly all genes (more than 97%) had at least one carrier with a LOF variant, and most genes (more than 69%) had at least ten carriers with a LOF variant. We illustrate the power of characterizing LOF variants in this population through association analyses across 1,730 phenotypes. In addition to replicating established associations, we found novel LOF variants with large effects on disease traits, including PIEZO1 on varicose veins, COL6A1 on corneal resistance, MEPE on bone density, and IQGAP2 and GMPR on blood cell traits. We further demonstrate the value of exome sequencing by surveying the prevalence of pathogenic variants of clinical importance, and show that 2% of this population has a medically actionable variant. Furthermore, we characterize the penetrance of cancer in carriers of pathogenic BRCA1 and BRCA2 variants. Exome sequences from the first 49,960 participants highlight the promise of genome sequencing in large population-based studies and are now accessible to the scientific community.

The UK Biobank is a prospective study of 502,543 individuals, combining extensive phenotypic and genotypic data with streamlined access for researchers around the world. Here we describe the first tranche of large-scale exome sequence data for 49,960 study participants, revealing approximately 4 million coding variants (of which ~98.4% have frequency < 1%). The data includes 231,631 predicted loss of function variants, a >10-fold increase compared to imputed sequence for the same participants. Nearly all genes (>97%) had ≥1 predicted loss of function carrier, and most genes (>69%) had ≥10 loss of function carriers. We illustrate the power of characterizing loss of function variation in this large population through association analyses across 1,741 phenotypes. In addition to replicating a range of established associations, we discover novel loss of function variants with large effects on disease traits, including PIEZO1 on varicose veins, COL6A1 on corneal resistance, MEPE on bone density, and IQGAP2 and GMPR on blood cell traits. We further demonstrate the value of exome sequencing by surveying the prevalence of pathogenic variants of clinical significance in this population, finding that 2% of the population has a medically actionable variant. Additionally, we leverage the phenotypic data to characterize the relationship between rare BRCA1 and BRCA2 pathogenic variants and cancer risk. Exomes from the first 49,960 participants are now made accessible to the scientific community and highlight the promise offered by genomic sequencing in large-scale population-based studies.

ABSTRACT Guard cells regulate plant gas exchange by controlling the aperture of stomatal pores. The process of stomatal closure involves a multi-input signaling network that governs the activity of ion channels, which in turn regulate guard cell turgor pressure and volume. Here we describe a forward genetic screen to identify novel components involved in stomatal movements. Through an ozone-sensitivity approach combined with whole-rosette gas exchange analysis, 130 mutants of established stomatal regulators and 76 novel mutants impaired in stomatal closure were identified. One of the novel mutants was mapped to MURUS1 (MUR1), the first enzyme in de novo GDP-L-fucose biosynthesis. Defects in synthesis or import of GDP-L-Fuc into the Golgi apparatus resulted in impaired stomatal closure to multiple stimuli. Stomatal phenotypes observed in mur1 were independent from the canonical guard cell signaling and instead could be related to altered mechanical properties of guard cell walls. Impaired fucosylation of xyloglucan, N-linked glycans and arabinogalactan proteins did not explain the aberrant function of mur1 stomata, however our data suggest that the stomatal phenotypes observed in mur1 can at least partially be attributed to defective dimerization of rhamnogalactouronan-II. In addition to providing the genetic framework for future studies on guard cell signaling, our work emphasizes the impact of fucose metabolism on stomatal movement.