Abstract Evolutionary theories of ageing predict a reduction in selection efficiency with age, a so-called ‘selection shadow’, due to extrinsic mortality decreasing effective population size with age. Classic symptoms of ageing include a deterioration in transcriptional regulation and protein homeostasis. Understanding how ant queens defy the trade-off between fecundity and lifespan remains a major challenge for the evolutionary theory of ageing. It has often been discussed that the low extrinsic mortality of ant queens, that are generally well protected within the nest by workers and soldiers, should reduce the selection shadow acting on old queens. We tested this by comparing strength of selection acting on genes upregulated in young and old queens of the ant, Cardiocondyla obscurior . In support of a reduced selection shadow, we find old-biased genes to be under strong purifying selection. We also analysed a gene co-expression network (GCN) with the aim to detect signs of ageing in the form of deteriorating regulation and proteostasis. We find no evidence for ageing. In fact, we detect higher connectivity in old queens indicating increased transcriptional regulation with age. Within the GCN, we discover five highly correlated modules that are upregulated with age. These old-biased modules regulate several anti-ageing mechanisms such as maintenance of proteostasis, transcriptional regulation and stress response. We observe stronger purifying selection on central hub genes of these old-biased modules compared to young-biased modules. These results indicate a lack of transcriptional ageing in old C. obscurior queens possibly facilitated by strong selection at old age and well-regulated anti-ageing mechanisms. Significance Statement Understanding the exceptional longevity of ant queens and how they defy the trade-off between fecundity and lifespan remains a major challenge for the evolutionary theory and molecular biology of ageing. In this study we offer several clues as to how this occurs on a molecular level in C. obscurior queens. Specifically, we believe a reduction in the selection shadow due to low extrinsic mortality, has allowed the evolution of well-regulated anti-ageing mechanisms. Consequently, we suggest several promising starting points for future research into the poorly understood phenomenon of extreme longevity in ant queens. Making progress in this field will not only allow us to better understand longevity and fertility in social insects but may also offer interesting research strategies for human ageing.

Abstract ‘Evolve and resequence’ (E&R) studies in Drosophila melanogaster have identified many candidate loci underlying the evolution of ageing and life history, but experiments that validate the effects of such candidates remain rare. In a recent E&R study we have identified several alleles of the LAMMER kinase Darkener of apricot ( Doa ) as candidates for evolutionary changes in lifespan and fecundity. Here, we use two complementary approaches to confirm a functional role of Doa in life-history evolution. First, we used transgenic RNAi to study the effects of Doa at the whole-gene level. Ubiquitous silencing of expression in adult flies reduced both lifespan and fecundity, indicating pleiotropic effects. Second, to characterize segregating variation at Doa , we examined four candidate single nucleotide polymorphisms (SNPs; Doa-1 , − 2 , − 3 , − 4 ) using a genetic association approach. Three candidate SNPs had effects that were qualitatively consistent with expectations based on our E&R study: Doa-2 pleiotropically affected both lifespan and late-life fecundity; Doa-1 affected lifespan (but not fecundity); and Doa-4 affected late-life fecundity (but not lifespan). Finally, the last candidate allele ( Doa-3 ) also affected lifespan, but in the opposite direction than predicted.

ABSTRACT This note details the consortium’s rationale behind its decision to modify the metadata for putatively misidentified European samples in the DrosRTEC dataset. In brief, we use PCA on published datasets from North America and Europe to generate phylogeographic clusters reflective of worldwide D. melanogaster demography. We used this PCA to train a DAPC model in order the predict the group membership. Our results indicate that 4 out of 73 samples were misclassified and the metadata was updated accordingly. These samples are a spring-fall pair from Spain and Austria.

ABSTRACT Single nucleotide polymorphisms are the most common type of genetic variation, but how these variants contribute to the evolutionary adaptation of complex phenotypes is largely unknown. Experimental evolution and genome-wide association studies have demonstrated that variation in the PPARg-homolog Eip75B is associated with longevity and life-history differences in the fruit fly Drosophila melanogaster . Using RNAi knockdown, we first demonstrate that reduced expression of Eip75B in adults affects lifespan, egg-laying rate and egg volume. We then tested the effect of a naturally occurring SNP variant within a cis-regulatory domain of Eip75B by applying two complementary approaches: a Mendelian randomization approach using lines of the Drosophila Genetic Reference Panel, and allelic replacement using precise CRISPR/Cas9-induced genome editing. Our experiments reveal that this natural polymorphism has a significant pleiotropic effect on fecundity and egg-to-adult viability, but not on longevity or other life-history traits. These results provide a rare functional validation at the nucleotide level and identify a natural allelic variant affecting fitness and life-history adaptation.

Abstract Drosophila melanogaster is an important model for antiviral immunity in arthropods, but very few DNA viruses have been described from the family Drosophilidae. This deficiency limits our opportunity to use natural host-pathogen combinations in experimental studies, and may bias our understanding of the Drosophila virome. Here we report fourteen DNA viruses detected in a metagenomic analysis of approximately 6500 pool-sequenced Drosophila , sampled from 47 European locations between 2014 and 2016. These include three new Nudiviruses, a new and divergent Entomopox virus, a virus related to Leptopilina boulardi filamentous virus, and a virus related to Musca domestica salivary gland hypertrophy virus. We also find an endogenous genomic copy of Galbut virus, a dsRNA Partitivirus, segregating at very low frequency. Remarkably, we find that Drosophila Vesanto virus, a small DNA virus previously described as a Bidnavirus, may be composed of up to 12 segments and represent a new lineage of segmented DNA viruses. Two of the DNA viruses, Drosophila Kallithea nudivirus and Drosophila Vesanto virus are relatively common, found in 2% or more of wild flies. The others are rare, with many likely to be represented by a single infected fly. We find that virus prevalence in Europe reflects the prevalence seen in publicly-available datasets, with Drosophila Kallithea nudivirus and Drosophila Vesanto virus the only ones commonly detectable in public data from wild-caught flies and large population cages, and the other viruses being rare or absent. These analyses suggest that DNA viruses are at lower prevalence than RNA viruses in D. melanogaster , and may be less likely to persist in laboratory cultures. Our findings go some way to redressing an earlier bias toward RNA virus studies in Drosophila , and lay the foundation needed to harness the power of Drosophila as a model system for the study of DNA viruses.

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.

Size trade-offs of visual versus olfactory organs is a pervasive feature of animal evolution. Comparing Drosophila species, we find that larger eyes correlate with smaller antennae, where olfactory organs reside, and narrower faces. We demonstrate that this trade-off arises through differential subdivision of the head primordium into visual versus non-visual fields. Specification of the visual field requires a highly-conserved eye development gene called eyeless in flies and Pax6 in humans. We discover that changes in the temporal regulation of eyeless expression during development is a conserved mechanism for sensory trade-offs within and between Drosophila species. We identify a natural single nucleotide polymorphism in the cis-regulatory region of eyeless that is sufficient to alter its temporal regulation and eye size. Because Pax6 is a conserved regulator of sensory placode subdivision, we propose that alterations in the mutual repression between sensory territories is a conserved mechanism for sensory trade-offs in animals.

Experimental evolution (EE) is a powerful tool for addressing how environmental factors influence life-history evolution. While in nature different selection pressures experienced across the lifespan shape life histories, EE studies typically apply selection pressures one at a time. Here we assess the consequences of adaptation to three different developmental diets in combination with classical selection for early or late reproduction in the fruit fly Drosophila melanogaster. We find that the response to each selection pressure is similar to that observed when they are applied independently, but the overall magnitude of the response depends on the selection regime experienced in the other life stage. For example, adaptation to increased age at reproduction increased lifespan across all diets, however, the extent of the increase was dependent on the dietary selection regime. Similarly, adaptation to a lower calorie developmental diet led to faster development and decreased adult weight, but the magnitude of the response was dependent on the age-at-reproduction selection regime. Given that multiple selection pressures are prevalent in nature, our findings suggest that trade-offs should be considered not only among traits within an organism, but also among adaptive responses to different, sometimes conflicting, selection pressures, including across life stages.

Abstract Microbes can have profound effects on host fitness and health and the appearance of late-onset diseases. Host-microbe interactions thus represent a major environmental context for healthy aging of the host and might also mediate trade-offs between life-history traits in the evolution of host senescence. Here, we have used the nematode Caenorhabditis elegans to study how host-microbe interactions may modulate the evolution of life histories and aging. We first characterized the effects of two non-pathogenic and one pathogenic Escherichia coli strains, together with the pathogenic Serratia marcescens DB11 strain, on population growth rates and survival of C. elegans from five different genetic backgrounds. We then focused on an outbred C. elegans population, to understand if microbe-specific effects on the reproductive schedule and in traits such as developmental rate and survival were also expressed in the presence of males and standing genetic variation, which could be relevant for the evolution of C. elegans and other nematode species in nature. Our results show that host-microbe interactions have a substantial host-genotype-dependent impact on the reproductive aging and survival of the nematode host. Although both pathogenic bacteria reduced host survival in comparison with benign strains, they differed in how they affected other host traits. Host fertility and population growth rate were affected by S. marcescens DB11 only during early adulthood, whereas this occurred at later ages with the pathogenic E. coli IAI1. In both cases, these effects were largely dependent on the host genotypes. Given such microbe-specific genotypic differences in host life history, we predict that the evolution of reproductive schedules and senescence might be critically contingent on host-microbe interactions in nature.

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.