Ruth Loos and colleagues report results of a large genome-wide association study for body mass index. They identify 18 new loci associated with this trait, some of which map near key hypothalamic regulators of energy balance. Obesity is globally prevalent and highly heritable, but its underlying genetic factors remain largely elusive. To identify genetic loci for obesity susceptibility, we examined associations between body mass index and ∼2.8 million SNPs in up to 123,865 individuals with targeted follow up of 42 SNPs in up to 125,931 additional individuals. We confirmed 14 known obesity susceptibility loci and identified 18 new loci associated with body mass index (P < 5 × 10−8), one of which includes a copy number variant near GPRC5B. Some loci (at MC4R, POMC, SH2B1 and BDNF) map near key hypothalamic regulators of energy balance, and one of these loci is near GIPR, an incretin receptor. Furthermore, genes in other newly associated loci may provide new insights into human body weight regulation.

The power of the latest massively parallel synthetic DNA sequencing technologies is demonstrated in two major collaborations that shed light on the nature of genomic variation with ethnicity. The first describes the genomic characterization of an individual from the Yoruba ethnic group of west Africa. The second reports a personal genome of a Han Chinese, the group comprising 30% of the world's population. These new resources can now be used in conjunction with the Venter, Watson and NIH reference sequences. A separate study looked at genetic ethnicity on the continental scale, based on data from 1,387 individuals from more than 30 European countries. Overall there was little genetic variation between countries, but the differences that do exist correspond closely to the geographic map. Statistical analysis of the genome data places 50% of the individuals within 310 km of their reported origin. As well as its relevance for testing genetic ancestry, this work has implications for evaluating genome-wide association studies that link genes with diseases. Understanding the genetic structure of human populations is of fundamental interest to medical, forensic and anthropological sciences. Advances in high-throughput genotyping technology have markedly improved our understanding of global patterns of human genetic variation and suggest the potential to use large samples to uncover variation among closely spaced populations1,2,3,4,5. Here we characterize genetic variation in a sample of 3,000 European individuals genotyped at over half a million variable DNA sites in the human genome. Despite low average levels of genetic differentiation among Europeans, we find a close correspondence between genetic and geographic distances; indeed, a geographical map of Europe arises naturally as an efficient two-dimensional summary of genetic variation in Europeans. The results emphasize that when mapping the genetic basis of a disease phenotype, spurious associations can arise if genetic structure is not properly accounted for. In addition, the results are relevant to the prospects of genetic ancestry testing6; an individual’s DNA can be used to infer their geographic origin with surprising accuracy—often to within a few hundred kilometres.

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.

Background & AimsHepatitis C virus (HCV) induces chronic infection in 50% to 80% of infected persons; approximately 50% of these do not respond to therapy. We performed a genome-wide association study to screen for host genetic determinants of HCV persistence and response to therapy.MethodsThe analysis included 1362 individuals: 1015 with chronic hepatitis C and 347 who spontaneously cleared the virus (448 were coinfected with human immunodeficiency virus [HIV]). Responses to pegylated interferon alfa and ribavirin were assessed in 465 individuals. Associations between more than 500,000 single nucleotide polymorphisms (SNPs) and outcomes were assessed by multivariate logistic regression.ResultsChronic hepatitis C was associated with SNPs in the IL28B locus, which encodes the antiviral cytokine interferon lambda. The rs8099917 minor allele was associated with progression to chronic HCV infection (odds ratio [OR], 2.31; 95% confidence interval [CI], 1.74–3.06; P = 6.07 × 10−9). The association was observed in HCV mono-infected (OR, 2.49; 95% CI, 1.64–3.79; P = 1.96 × 10−5) and HCV/HIV coinfected individuals (OR, 2.16; 95% CI, 1.47–3.18; P = 8.24 × 10−5). rs8099917 was also associated with failure to respond to therapy (OR, 5.19; 95% CI, 2.90–9.30; P = 3.11 × 10−8), with the strongest effects in patients with HCV genotype 1 or 4. This risk allele was identified in 24% of individuals with spontaneous HCV clearance, 32% of chronically infected patients who responded to therapy, and 58% who did not respond (P = 3.2 × 10−10). Resequencing of IL28B identified distinct haplotypes that were associated with the clinical phenotype.ConclusionsThe association of the IL28B locus with natural and treatment-associated control of HCV indicates the importance of innate immunity and interferon lambda in the pathogenesis of HCV infection. Hepatitis C virus (HCV) induces chronic infection in 50% to 80% of infected persons; approximately 50% of these do not respond to therapy. We performed a genome-wide association study to screen for host genetic determinants of HCV persistence and response to therapy. The analysis included 1362 individuals: 1015 with chronic hepatitis C and 347 who spontaneously cleared the virus (448 were coinfected with human immunodeficiency virus [HIV]). Responses to pegylated interferon alfa and ribavirin were assessed in 465 individuals. Associations between more than 500,000 single nucleotide polymorphisms (SNPs) and outcomes were assessed by multivariate logistic regression. Chronic hepatitis C was associated with SNPs in the IL28B locus, which encodes the antiviral cytokine interferon lambda. The rs8099917 minor allele was associated with progression to chronic HCV infection (odds ratio [OR], 2.31; 95% confidence interval [CI], 1.74–3.06; P = 6.07 × 10−9). The association was observed in HCV mono-infected (OR, 2.49; 95% CI, 1.64–3.79; P = 1.96 × 10−5) and HCV/HIV coinfected individuals (OR, 2.16; 95% CI, 1.47–3.18; P = 8.24 × 10−5). rs8099917 was also associated with failure to respond to therapy (OR, 5.19; 95% CI, 2.90–9.30; P = 3.11 × 10−8), with the strongest effects in patients with HCV genotype 1 or 4. This risk allele was identified in 24% of individuals with spontaneous HCV clearance, 32% of chronically infected patients who responded to therapy, and 58% who did not respond (P = 3.2 × 10−10). Resequencing of IL28B identified distinct haplotypes that were associated with the clinical phenotype. The association of the IL28B locus with natural and treatment-associated control of HCV indicates the importance of innate immunity and interferon lambda in the pathogenesis of HCV infection.

Trait-associated genetic variants affect complex phenotypes primarily via regulatory mechanisms on the transcriptome. To investigate the genetics of gene expression, we performed cis- and trans-expression quantitative trait locus (eQTL) analyses using blood-derived expression from 31,684 individuals through the eQTLGen Consortium. We detected cis-eQTL for 88% of genes, and these were replicable in numerous tissues. Distal trans-eQTL (detected for 37% of 10,317 trait-associated variants tested) showed lower replication rates, partially due to low replication power and confounding by cell type composition. However, replication analyses in single-cell RNA-seq data prioritized intracellular trans-eQTL. Trans-eQTL exerted their effects via several mechanisms, primarily through regulation by transcription factors. Expression of 13% of the genes correlated with polygenic scores for 1,263 phenotypes, pinpointing potential drivers for those traits. In summary, this work represents a large eQTL resource, and its results serve as a starting point for in-depth interpretation of complex phenotypes. Analyses of expression profiles from whole blood of 31,684 individuals identify cis-expression quantitative trait loci (eQTL) effects for 88% of genes and trans-eQTL effects for 37% of trait-associated variants.

Height is a highly heritable, classic polygenic trait with approximately 700 common associated variants identified through genome-wide association studies so far. Here, we report 83 height-associated coding variants with lower minor-allele frequencies (in the range of 0.1–4.8%) and effects of up to 2 centimetres per allele (such as those in IHH, STC2, AR and CRISPLD2), greater than ten times the average effect of common variants. In functional follow-up studies, rare height-increasing alleles of STC2 (giving an increase of 1–2 centimetres per allele) compromised proteolytic inhibition of PAPP-A and increased cleavage of IGFBP-4 in vitro, resulting in higher bioavailability of insulin-like growth factors. These 83 height-associated variants overlap genes that are mutated in monogenic growth disorders and highlight new biological candidates (such as ADAMTS3, IL11RA and NOX4) and pathways (such as proteoglycan and glycosaminoglycan synthesis) involved in growth. Our results demonstrate that sufficiently large sample sizes can uncover rare and low-frequency variants of moderate-to-large effect associated with polygenic human phenotypes, and that these variants implicate relevant genes and pathways. Data from over 700,000 individuals reveal the identity of 83 sequence variants that affect human height, implicating new candidate genes and pathways as being involved in growth. As a highly heritable polygenic trait, human height has provided a model for the genetic analysis of complex traits. So far about 700 common genetic variants have been linked to height through genome-wide association studies, but the role of low-frequency and rare variants has not been systematically explored. Guillaume Lettre, Joel Hirschhorn and colleagues in the GIANT Consortium now report their analysis of coding regions in the genomes of 711,418 individuals. They identify 120 loci newly associated with height, including 32 rare and 51 low-frequency coding variants. They highlight 83 candidate genes with low-frequency height-associated variants and implicate biological pathways with known roles in growth disorders as well as new candidates. Their analyses provide insights into the genomic architecture of human height.

Increased male prevalence has been repeatedly reported in several neurodevelopmental disorders (NDs), leading to the concept of a "female protective model." We investigated the molecular basis of this sex-based difference in liability and demonstrated an excess of deleterious autosomal copy-number variants (CNVs) in females compared to males (odds ratio [OR] = 1.46, p = 8 × 10(-10)) in a cohort of 15,585 probands ascertained for NDs. In an independent autism spectrum disorder (ASD) cohort of 762 families, we found a 3-fold increase in deleterious autosomal CNVs (p = 7 × 10(-4)) and an excess of private deleterious single-nucleotide variants (SNVs) in female compared to male probands (OR = 1.34, p = 0.03). We also showed that the deleteriousness of autosomal SNVs was significantly higher in female probands (p = 0.0006). A similar bias was observed in parents of probands ascertained for NDs. Deleterious CNVs (>400 kb) were maternally inherited more often (up to 64%, p = 10(-15)) than small CNVs < 400 kb (OR = 1.45, p = 0.0003). In the ASD cohort, increased maternal transmission was also observed for deleterious CNVs and SNVs. Although ASD females showed higher mutational burden and lower cognition, the excess mutational burden remained, even after adjustment for those cognitive differences. These results strongly suggest that females have an increased etiological burden unlinked to rare deleterious variants on the X chromosome. Carefully phenotyped and genotyped cohorts will be required for identifying the symptoms, which show gender-specific liability to mutational burden.

Obesity is a highly heritable disorder but the genetic associations reported to date account for only a small percentage of the inherited variation in body mass index. Two groups report deletions on chromosome16p11.2 that may explain part of the 'missing heritability' in terms of 'high-penetrance' mutations that are rare but when present are very often associated with severe obesity. This is in contrast to more common gene defects that are less closely associated with clinical symptoms. Bochukova et al. identified rare recurrent copy number variants in 300 patients with severe early-onset obesity, caused by deletions involving several genes including SH2B1, known to be involved in leptin and insulin signalling. Many of the patients also suffered neurodevelopmental disorders. Walters et al. identified deletions of at least 593 kilobases on chromosome 16p11.2 in 31 patients with a previously unrecognized type of extreme obesity. The strategy they used to identify the lesion — using small well-phenotyped cohorts of extreme phenotypes with targeted follow-up in genome-wide association studies and population cohorts — shows promise as a means of identifying 'missing heritability' in complex metabolic diseases more generally. Recently, numerous single nucleotide polymorphisms have been identified as being associated with obesity, but these loci together account for only a small fraction of the known heritable component. Here, an association is reported between rare deletions of at least 593 kilobases at 16p11.2 and a highly penetrant form of obesity. The strategy used of combining study of extreme phenotypes with targeted follow-up is promising for identifying missing heritability in obesity. Obesity has become a major worldwide challenge to public health, owing to an interaction between the Western ‘obesogenic’ environment and a strong genetic contribution1. Recent extensive genome-wide association studies (GWASs) have identified numerous single nucleotide polymorphisms associated with obesity, but these loci together account for only a small fraction of the known heritable component1. Thus, the ‘common disease, common variant’ hypothesis is increasingly coming under challenge2. Here we report a highly penetrant form of obesity, initially observed in 31 subjects who were heterozygous for deletions of at least 593 kilobases at 16p11.2 and whose ascertainment included cognitive deficits. Nineteen similar deletions were identified from GWAS data in 16,053 individuals from eight European cohorts. These deletions were absent from healthy non-obese controls and accounted for 0.7% of our morbid obesity cases (body mass index (BMI) ≥ 40 kg m-2 or BMI standard deviation score ≥ 4; P = 6.4 × 10-8, odds ratio 43.0), demonstrating the potential importance in common disease of rare variants with strong effects. This highlights a promising strategy for identifying missing heritability in obesity and other complex traits: cohorts with extreme phenotypes are likely to be enriched for rare variants, thereby improving power for their discovery. Subsequent analysis of the loci so identified may well reveal additional rare variants that further contribute to the missing heritability, as recently reported for SIM1 (ref. 3). The most productive approach may therefore be to combine the ‘power of the extreme’4 in small, well-phenotyped cohorts, with targeted follow-up in case-control and population cohorts.