Abstract Horizontal transfer of genetic material in eukaryotes has rarely been documented over short evolutionary timescales. Here, we show that two retrotransposons, Shellder and Spoink , invaded the genomes of multiple species of the melanogaster subgroup within the last 50 years. Through horizontal transfer, Spoink spread in D. melanogaster during the 1980s, while both Shellder and Spoink invaded D. simulans in the 1990s. Possibly following hybridization, D. simulans infected the island endemic species D. mauritiana (Mauritius) and D. sechellia (Seychelles) with both TEs after 1995. In the same approximate time-frame, Shellder also invaded D. teissieri , a species confined to sub-Saharan Africa. We find that the donors of Shellder and Spoink are likely American Drosophila species from the willistoni , cardini , and repleta groups. Thus, the described cascade of TE invasions could only become feasible after D. melanogaster and D. simulans extended their distributions into the Americas 200 years ago, likely aided by human activity. Our work reveals that cascades of TE invasions, likely initiated by human-mediated range expansions, could have an impact on the genomic and phenotypic evolution of geographically dispersed species. Within a few decades, TEs could invade many species, including island endemics, with distributions very distant from the donor of the TE.

Long-read sequencing is driving rapid progress in genome assembly across all major groups of life, including species of the family Drosophilidae, a longtime model system for genetics, genomics, and evolution. We previously developed a cost-effective hybrid Oxford Nanopore (ONT) long-read and Illumina short-read sequencing approach and used it to assemble 101 drosophilid genomes from laboratory cultures, greatly increasing the number of genome assemblies for this taxonomic group. The next major challenge is to address the laboratory culture bias in taxon sampling by sequencing genomes of species that cannot easily be reared in the lab. Here, we build upon our previous methods to perform amplification-free ONT sequencing of single wild flies obtained either directly from the field or from ethanol-preserved specimens in museum collections, greatly improving the representation of lesser studied drosophilid taxa in whole-genome data. Using Illumina Novaseq X Plus and ONT P2 sequencers with R10.4.1 chemistry, we set a new benchmark for inexpensive hybrid genome assembly at US $150 per genome while assembling genomes from as little as 35 ng of genomic DNA from a single fly. We present 183 new genome assemblies for 179 species as a resource for drosophilid systematics, phylogenetics, and comparative genomics. Of these genomes, 62 are from pooled lab strains and 121 from single adult flies. Despite the sample limitations of working with small insects, most single-fly diploid assemblies are comparable in contiguity (>1Mb contig N50), completeness (>98% complete dipteran BUSCOs), and accuracy (>QV40 genome-wide with ONT R10.4.1) to assemblies from inbred lines. We present a well-resolved multi-locus phylogeny for 360 drosophilid and 4 outgroup species encompassing all publicly available (as of August 2023) genomes for this group. Finally, we present a Progressive Cactus whole-genome, reference-free alignment built from a subset of 298 suitably high-quality drosophilid genomes. The new assemblies and alignment, along with updated laboratory protocols and computational pipelines, are released as an open resource and as a tool for studying evolution at the scale of an entire insect family.

Summary How phenotypic diversity originates and persists within populations are classic puzzles in evolutionary biology. While polymorphisms hypothesized to be under balancing selection segregate within many species, it remains rare for the genetic basis and the selective forces to both be known for the same trait, leading to an incomplete understanding of many classes of polymorphisms. Here, we uncover the genetic architecture of a balanced sexual mimicry polymorphism and identify behavioral mechanisms that may be involved in its maintenance in the swordtail fish Xiphophorus birchmanni . We find that ∼40% of X. birchmanni males develop a “false gravid spot”, a melanic pigmentation pattern that mimics the “pregnancy spot” associated with sexual maturity in female live-bearing fish. Using genome-wide association mapping, we detect a single intergenic region associated with variation in the false gravid spot, which is upstream of kitlga , a gene involved in melanophore patterning. By performing long-read sequencing within and across populations, we identify complex structural rearrangements between alternate alleles at this locus. The false gravid spot haplotype drives increased allele-specific expression of kitlga , which provides a mechanistic explanation for the increased melanophore abundance that causes the spot. By studying social interactions in the laboratory and in nature, we find that males with the false gravid spot experience less aggression; however, they also receive increased attention from other males and are disdained by females. These behavioral interactions may play a role in maintaining this phenotypic polymorphism in natural populations. We speculate that structural variants affecting gene regulation may be an underappreciated driver of balanced polymorphisms across diverse species.

Abstract Ants and other eusocial insects emit and receive chemical signals to communicate important information within the colony. In ants, nestmate recognition, task allocation, and reproductive distribution of labor are largely mediated through the detection of cuticular hydrocarbons (CHCs) that cover the exoskeleton. With their large size and limited volatility, these CHCs are believed to be primarily detected through direct contact with the antennae during behavioral interactions. Here we use scanning electron microscopy to investigate the unique morphological features of CHC-sensitive basiconic sensilla of two ant species, the black carpenter ant Camponotus pennsylvanicus and the Indian jumping ant Harpegnathos saltator . These basiconic sensilla possess an abundance of small pores typical of most insect olfactory sensilla, but also have a large concave depression at the terminal end. Basiconic sensilla are enriched at the distal segments of the antennae in both species, further supporting their proposed role in contact chemosensation. A survey of these sensilla across other ant subfamilies shows varied microstructures at their tips, but each possess surface textures that would also increase sensory surface area. These unique ant chemosensory sensilla represent yet another example of how specialized structures have evolved to serve the functional requirements of eusocial communication.