Abstract At first glance, longevity and immunity appear to be different traits that have not much in common except the fact that the immune system promotes survival upon pathogenic infection. Substantial evidence however points to a molecularly intertwined relationship between the immune system and ageing. Although this link is well-known throughout the animal kingdom, its genetic basis is complex and still poorly understood. To address this question, we here provide a compilation of all genes concomitantly known to be involved in immunity and ageing in humans and three well-studied model organisms, the nematode worm Caenorhabditis elegans , the fruit fly Drosophila melanogaster , and the house mouse Mus musculus . By analysing human orthologs among these species, we identified 7 evolutionarily conserved signalling cascades, the insulin/TOR network, three MAPK (ERK, p38, JNK), JAK/STAT, TGF-β, and Nf-κB pathways that act pleiotropically on ageing and immunity. We review current evidence for these pathways linking immunity and lifespan, and their role in the detrimental dysregulation of the immune system with age, known as immunosenescence. We argue that the phenotypic effects of these pathways are often context-dependent and vary, for example, between tissues, sexes, and types of pathogenic infection. Future research therefore needs to explore a higher temporal, spatial and environmental resolution to fully comprehend the connection between ageing and immunity.

Abstract Drosophila melanogaster is a leading model in population genetics and genomics, and a growing number of whole-genome datasets from natural populations of this species have been published over the last 20 years. A major challenge is the integration of these disparate datasets, often generated using different sequencing technologies and bioinformatic pipelines, which hampers our ability to address questions about the evolution and population structure of this species. Here we address these issues by developing a bioinformatics pipeline that maps pooled sequencing (Pool-Seq) reads from D. melanogaster to a hologenome consisting of fly and symbiont genomes and estimates allele frequencies using either a heuristic (PoolSNP) or a probabilistic variant caller (SNAPE-pooled). We use this pipeline to generate the largest data repository of genomic data available for D. melanogaster to date, encompassing 271 population samples from over 100 locations in >20 countries on four continents based on a combination of 121 unpublished and 150 previously published genomic datasets. Several of these locations have been sampled at different seasons across multiple years. This dataset, which we call Drosophila Evolution over Space and Time (DEST), is coupled with sampling and environmental meta-data. A web-based genome browser and web portal provide easy access to the SNP dataset. Our aim is to provide this scalable platform as a community resource which can be easily extended via future efforts for an even more extensive cosmopolitan dataset. Our resource will enable population geneticists to analyze spatio-temporal genetic patterns and evolutionary dynamics of D. melanogaster populations in unprecedented detail.

The insulin insulin-like growth factor signaling pathway has been hypothesized as a major determinant of life history profiles that vary adaptively in natural populations. In Drosophila melanogaster, multiple components of this pathway vary predictably with latitude; this includes foxo, a conserved gene that regulates insulin signaling and has pleiotropic effects on a variety of fitness-associated traits. We hypothesized that allelic variation at foxo underlies genetic variance for traits that vary with latitude and reflect local adaptation. To evaluate this, we generated recombinant outbred populations in which the focal foxo allele was homozygous and fixed for either the allele common at high latitude or low latitude and the genomic background was randomized across 20 inbred lines. After eight generations of recombination, experimental populations were phenotyped for a series of traits related to gene function. Our results demonstrate that natural allelic variation at foxo has major and predictable effects on body size and starvation tolerance, but not on development time. These patterns mirror those observed in natural populations collected across the latitudinal gradient in the eastern U.S.: clines were observed for starvation tolerance and body size, but development time exhibited no association with latitude. Furthermore, differences in size between foxo genotypes were equivalent to those observed between populations sampled from the latitudinal extremes, although contribution to the genetic variance for starvation tolerance was less pronounced. These results suggest that allelic variation at foxo is a major contributor to adaptive patterns of life history variation in natural populations of this genetic model.

A fundamental aim of adaptation genomics is to identify polymorphisms that underpin variation in fitness traits. In D. melanogaster latitudinal life-history clines exist on multiple continents and make an excellent system for dissecting the genetics of adaptation. We have previously identified numerous clinal SNPs in insulin/insulin-like growth factor signaling (IIS), a pathway known from mutant studies to affect life history. However, the effects of natural variants in this pathway remain poorly understood. Here we investigate how two clinal alternative alleles at foxo , a transcriptional effector of IIS, affect fitness components (viability, size, starvation resistance, fat content). We assessed this polymorphism from the North American cline by reconstituting outbred populations, fixed for either the low- or high-latitude allele, from inbred DGRP lines. Since diet and temperature modulate IIS, we phenotyped alleles across two temperatures (18°C, 25°C) and two diets differing in sugar source and content. Consistent with clinal expectations, the high-latitude allele conferred larger body size and reduced wing loading. Alleles also differed in starvation resistance and expression of InR , a transcriptional target of FOXO. Allelic reaction norms were mostly parallel, with few GxE interactions. Together, our results suggest that variation in IIS makes a major contribution to clinal life-history adaptation.

To advance our understanding of adaptation to temporally varying selection pressures, we identified signatures of seasonal adaptation occurring in parallel among Drosophila melanogaster populations. To study these evolutionary dynamics, we estimated allele frequencies genome-wide from flies sampled early and late in the growing season from 20 widely dispersed populations. We identify parallel seasonal allele frequency shifts across North America and Europe, demonstrating that seasonal adaptation is a general phenomenon of temperate fly populations. The direction of allele frequency change at seasonally variable polymorphisms can be predicted by weather conditions in the weeks prior to sampling, linking the environment and the genomic response to selection. The extent of allele frequency fluctuations implies that seasonal evolution drives substantial (5-10%) allele frequency fluctuations at >1% of common polymorphisms across the genome. Our results suggest that fluctuating selection is an important evolutionary force affecting the extent and stability of linked and functional variation.

Transposable elements (TEs) inflict numerous negative effects on health and fitness as they replicate by integrating into new regions of the host genome. Even though organisms employ powerful mechanisms to demobilize TEs, transposons gradually lose repression during aging. The rising TE activity causes genomic instability and was implicated in age-dependent neurodegenerative diseases, inflammation and the determination of lifespan. It is therefore conceivable that long-lived individuals have improved TE silencing mechanisms resulting in reduced TE expression relative to their shorter-lived counterparts and fewer genomic insertions. Here, we test this hypothesis by performing the first genome-wide analysis of TE insertions and expression in populations of Drosophila melanogaster selected for longevity through late-life reproduction for 50-170 generations from four independent studies. Contrary to our expectation, TE families were generally more abundant in long-lived populations compared to non-selected controls. Although simulations showed that this was not expected under neutrality, we found little evidence for selection driving TE abundance differences. Additional RNA-seq analysis revealed a tendency for reducing TE expression in selected populations, which might be more important for lifespan than regulating genomic insertions. We further find limited evidence of parallel selection on genes related to TE regulation and transposition. However, telomeric TEs were genomically and transcriptionally more abundant in long-lived flies, suggesting improved telomere maintenance as a promising TE-mediated mechanism for prolonging lifespan. Our results provide a novel viewpoint indicating that reproduction at old age increases the opportunity of TEs to be passed on to the next generation with little impact on longevity.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Abstract Genetically modified mouse models of ageing are the living proof that lifespan and healthspan can be lengthened or shortened, yet the molecular mechanisms behind these opposite phenotypes remain largely unknown. In this study, we analysed and compared gene expression data from 10 long-lived and 8 short-lived mouse models of ageing. Transcriptome-wide correlation analysis revealed that mutations with equivalent effects on lifespan induce more similar transcriptomic changes, especially if they target the same pathway. Using functional enrichment analysis, we identified 58 gene sets with consistent changes in long- and short-lived mice, 55 of which were up-regulated in long-lived mice and down-regulated in short-lived mice. Half of these sets represented genes involved in energy and lipid metabolism, among which Ppargc1a , Mif , Aldh5a1 and Idh1 were frequently observed. Based on the gene sets with consistent changes and also the whole transcriptome, we observed that the gene expression changes during normal ageing resembled the transcriptome of short-lived models, suggesting that accelerated ageing models reproduce partially the molecular changes of ageing. Finally, we identified new genetic interventions that may ameliorate ageing, by comparing the transcriptomes of 51 mouse mutants not previously associated with ageing to expression signatures of long- and short-lived mice and ageing-related changes. Highlights Transcriptomic changes are more similar within mutant mice that show either lengthened or shortened lifespan The major transcriptomic differences between long- and short-lived mice are in genes controlling mitochondrial metabolism Gene expression changes in short-lived, progeroid, mutant mice resemble those seen during normal ageing

Abstract Sexual reproduction evolved 1-2 billion years ago and underlies the biodiversity of our planet. Nevertheless, devolution of sexual into asexual reproduction can occur across all phyla of the animal kingdom. The genetic basis for how parthenogenesis can arise is completely unknown. To understand the mechanism and benefits of parthenogenesis, we have sequenced the genome of the facultative parthenogen, Drosophila mercatorum , and compared its organisation and expression pattern during parthenogenetic or sexual reproduction. We identified three genes, desat2 , Myc , and polo in parthenogenetic D. mercatorum that when mis-regulated in a non-parthenogenetic species, D. melanogaster , enable facultative parthenogenetic reproduction. This simple genetic switch leads us to propose that sporadic facultative parthenogenesis could evolve as an ‘escape route’ preserving the genetic lineage in the face of sexual isolation.