Ablation of germ-line precursor cells in Caenorhabditis elegans extends lifespan by activating DAF-16, a forkhead transcription factor (FOXO) repressed by insulin/insulin-like growth factor (IGF) signaling (IIS). Signals from the gonad might thus regulate whole-organism aging by modulating IIS. To date, the details of this systemic regulation of aging by the reproductive system are not understood, and it is unknown whether such effects are evolutionarily conserved. Here we report that eliminating germ cells (GCs) in Drosophila melanogaster increases lifespan and modulates insulin signaling. Long-lived germ-line-less flies show increased production of Drosophila insulin-like peptides (dilps) and hypoglycemia but simultaneously exhibit several characteristics of IIS impedance, as indicated by up-regulation of the Drosophila FOXO (dFOXO) target genes 4E-BP and l (2)efl and the insulin/IGF-binding protein IMP-L2. These results suggest that signals from the gonad regulate lifespan and modulate insulin sensitivity in the fly and that the gonadal regulation of aging is evolutionarily conserved.

Understanding the genetic underpinnings of adaptive change is a fundamental but largely unresolved problem in evolutionary biology. Drosophila melanogaster, an ancestrally tropical insect that has spread to temperate regions and become cosmopolitan, offers a powerful opportunity for identifying the molecular polymorphisms underlying clinal adaptation. Here, we use genome-wide next-generation sequencing of DNA pools ('pool-seq') from three populations collected along the North American east coast to examine patterns of latitudinal differentiation. Comparing the genomes of these populations is particularly interesting since they exhibit clinal variation in a number of important life history traits. We find extensive latitudinal differentiation, with many of the most strongly differentiated genes involved in major functional pathways such as the insulin/TOR, ecdysone, torso, EGFR, TGFβ/BMP, JAK/STAT, immunity and circadian rhythm pathways. We observe particularly strong differentiation on chromosome 3R, especially within the cosmopolitan inversion In(3R)Payne, which contains a large number of clinally varying genes. While much of the differentiation might be driven by clinal differences in the frequency of In(3R)P, we also identify genes that are likely independent of this inversion. Our results provide genome-wide evidence consistent with pervasive spatially variable selection acting on numerous loci and pathways along the well-known North American cline, with many candidates implicated in life history regulation and exhibiting parallel differentiation along the previously investigated Australian cline.

Abstract Global climate change (GCC) increasingly threatens biodiversity through the loss of species, and the transformation of entire ecosystems. Many species are challenged by the pace of GCC because they might not be able to respond fast enough to changing biotic and abiotic conditions. Species can respond either by shifting their range, or by persisting in their local habitat. If populations persist, they can tolerate climatic changes through phenotypic plasticity, or genetically adapt to changing conditions depending on their genetic variability and census population size to allow for de novo mutations. Otherwise, populations will experience demographic collapses and species may go extinct. Current approaches to predicting species responses to GCC begin to combine ecological and evolutionary information for species distribution modelling. Including an evolutionary dimension will substantially improve species distribution projections which have not accounted for key processes such as dispersal, adaptive genetic change, demography, or species interactions. However, eco-evolutionary models require new data and methods for the estimation of a species' adaptive potential, which have so far only been available for a small number of model species. To represent global biodiversity, we need to devise large-scale data collection strategies to define the ecology and evolutionary potential of a broad range of species, especially of keystone species of ecosystems. We also need standardized and replicable modelling approaches that integrate these new data to account for eco-evolutionary processes when predicting the impact of GCC on species' survival. Here, we discuss different genomic approaches that can be used to investigate and predict species responses to GCC. This can serve as guidance for researchers looking for the appropriate experimental setup for their particular system. We furthermore highlight future directions for moving forward in the field and allocating available resources more effectively, to implement mitigation measures before species go extinct and ecosystems lose important functions.

Abstract The genomic basis of adaptation to novel environments is a fundamental problem in evolutionary biology that has gained additional importance in the light of the recent global change discussion. Here, we combined laboratory natural selection (experimental evolution) in Drosophila melanogaster with genome‐wide next generation sequencing of DNA pools (Pool‐Seq) to identify alleles that are favourable in a novel laboratory environment and traced their trajectories during the adaptive process. Already after 15 generations, we identified a pronounced genomic response to selection, with almost 5000 single nucleotide polymorphisms (SNP; genome‐wide false discovery rates < 0.005%) deviating from neutral expectation. Importantly, the evolutionary trajectories of the selected alleles were heterogeneous, with the alleles falling into two distinct classes: (i) alleles that continuously rise in frequency; and (ii) alleles that at first increase rapidly but whose frequencies then reach a plateau. Our data thus suggest that the genomic response to selection can involve a large number of selected SNPs that show unexpectedly complex evolutionary trajectories, possibly due to nonadditive effects.

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.

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 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 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 ‘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 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.