The whole-genome duplication 80 million years ago of the common ancestor of salmonids (salmonid-specific fourth vertebrate whole-genome duplication, Ss4R) provides unique opportunities to learn about the evolutionary fate of a duplicated vertebrate genome in 70 extant lineages. Here we present a high-quality genome assembly for Atlantic salmon (Salmo salar), and show that large genomic reorganizations, coinciding with bursts of transposon-mediated repeat expansions, were crucial for the post-Ss4R rediploidization process. Comparisons of duplicate gene expression patterns across a wide range of tissues with orthologous genes from a pre-Ss4R outgroup unexpectedly demonstrate far more instances of neofunctionalization than subfunctionalization. Surprisingly, we find that genes that were retained as duplicates after the teleost-specific whole-genome duplication 320 million years ago were not more likely to be retained after the Ss4R, and that the duplicate retention was not influenced to a great extent by the nature of the predicted protein interactions of the gene products. Finally, we demonstrate that the Atlantic salmon assembly can serve as a reference sequence for the study of other salmonids for a range of purposes.

A survey of genetic diversity of cattle suggests two domestication events in Asia and selection by husbandry.

Age at maturity in Atlantic salmon (Salmo salar) is governed to a substantial extent by a locus showing dominance reversal, providing a resolution for sexual conflict in this trait, for which selection favours different ages in the two sexes. Craig Primmer and colleagues use genome-wide association studies for age at maturity in Atlantic salmon to show that a single gene, VGLL3, strongly influences the variation in age at maturity, and therefore body size—a key trait in an important fished species. They find that the VGLL3 locus is an example of sex-dependent dominance, promoting earlier and later maturation in males and females, respectively. This mechanism provides a resolution for sexual conflict in this trait, for which selection favours different reproductive ages in the two sexes. Females benefit from being large (5–15 kg), and stay longer at sea feeding by maturing later, while males can have high fitness maturing at smaller sizes (1–3 kg). This discovery will have a substantial impact on population management of Atlantic salmon, where a decrease in the frequency of late maturation has been observed in many populations. Males and females share many traits that have a common genetic basis; however, selection on these traits often differs between the sexes, leading to sexual conflict1,2. Under such sexual antagonism, theory predicts the evolution of genetic architectures that resolve this sexual conflict2,3,4,5. Yet, despite intense theoretical and empirical interest, the specific loci underlying sexually antagonistic phenotypes have rarely been identified, limiting our understanding of how sexual conflict impacts genome evolution3,6 and the maintenance of genetic diversity6,7. Here we identify a large effect locus controlling age at maturity in Atlantic salmon (Salmo salar), an important fitness trait in which selection favours earlier maturation in males than females8, and show it is a clear example of sex-dependent dominance that reduces intralocus sexual conflict and maintains adaptive variation in wild populations. Using high-density single nucleotide polymorphism data across 57 wild populations and whole genome re-sequencing, we find that the vestigial-like family member 3 gene (VGLL3) exhibits sex-dependent dominance in salmon, promoting earlier and later maturation in males and females, respectively. VGLL3, an adiposity regulator associated with size and age at maturity in humans, explained 39% of phenotypic variation, an unexpectedly large proportion for what is usually considered a highly polygenic trait. Such large effects are predicted under balancing selection from either sexually antagonistic or spatially varying selection9,10. Our results provide the first empirical example of dominance reversal allowing greater optimization of phenotypes within each sex, contributing to the resolution of sexual conflict in a major and widespread evolutionary trade-off between age and size at maturity. They also provide key empirical evidence for how variation in reproductive strategies can be maintained over large geographical scales. We anticipate these findings will have a substantial impact on population management in a range of harvested species where trends towards earlier maturation have been observed.

Our objectives for this manuscript are to review the mechanisms of muscle growth, the biological basis of meat tenderness, and the relationship between these two processes. Muscle growth is determined by hyperplasia and hypertrophy. Muscle cell size is determined by the balance between the amount of muscle protein synthesized and the amount of muscle protein degraded. Current evidence suggests that the calpain proteolytic system is a major regulator of muscle protein degradation. Sarcomere length, connective tissue content, and proteolysis of myofibrils and associated proteins account for most, if not all, of the explainable variation in tenderness of meat after postmortem storage. The relative contribution of each of the above components is muscle dependent. The calpain proteolytic system is a key regulator of postmortem proteolysis. While changes in muscle protein degradation affect meat tenderization/tenderness, changes in muscle protein synthesis are not expected to affect meat tenderization/tenderness.

Abstract Traits with different fitness optima in males and females cause sexual conflict when they have a shared genetic basis. Heteromorphic sex chromosomes can resolve this conflict and protect sexually antagonistic polymorphisms but accumulate deleterious mutations. However, many taxa lack differentiated sex chromosomes, and how sexual conflict is resolved in these species is largely unknown. Here we present a chromosome-anchored genome assembly for rainbow trout ( Oncorhynchus mykiss ) and characterize a 56 Mb double-inversion supergene that mediates sex-specific migration through sex-dependent dominance, a mechanism that reduces sexual conflict. The double-inversion contains key photosensory, circadian rhythm, adiposity, and sexual differentiation genes and displays frequency clines associated with latitude and temperature, revealing environmental dependence. Our results constitute the first example of sex-dependent dominance across a large autosomal supergene, a novel mechanism for sexual conflict resolution capable of protecting polygenic sexually antagonistic variation while avoiding the homozygous lethality and deleterious mutation load of heteromorphic sex chromosomes.

Abstract Structural variants (SVs) are a major source of genetic and phenotypic variation, but remain challenging to accurately type and are hence poorly characterized in most species. We present an approach for reliable SV discovery in non-model species using whole genome sequencing and report 15,483 high-confidence SVs in 492 Atlantic salmon ( Salmo salar L.) sampled from a broad phylogeographic distribution. These SVs recover population genetic structure with high resolution, include an active DNA transposon, widely affect functional features, and overlap more duplicated genes retained from an ancestral salmonid autotetraploidization event than expected. Changes in SV allele frequency between wild and farmed fish indicate polygenic selection on behavioural traits during domestication, targeting brain-expressed synaptic networks linked to neurological disorders in humans. This study offers novel insights into the role of SVs in genome evolution and the genetic architecture of domestication traits, along with resources supporting reliable SV discovery in non-model species.

ABSTRACT Resolving the genetic architecture of fitness-related traits is key to understanding the evolution and maintenance of fitness variation. However, well-characterized genetic architectures of such traits in wild populations remain uncommon. In this study, we used haplotype-based and multi-SNP Bayesian association methods with sequencing data for 313 individuals from wild populations to further characterize known candidate regions for sea age at maturation in Atlantic salmon ( Salmo salar ). We detected an association at five loci (on chromosomes ssa06 , ssa09 , ssa21 , and ssa25 ) out of 116 candidates previously identified in an aquaculture strain with maturation timing in wild Atlantic salmon. We found that at each of these five loci, variation explained by the locus was predominantly driven by a single SNP suggesting the genetic architecture of Atlantic salmon maturation includes multiple loci with simple, non-clustered alleles. This highlights the diversity of genetic architectures that can exist for fitness-related traits. Furthermore, this study provides a useful multi-SNP framework for future work using sequencing data to characterize genetic variation underlying phenotypes in wild populations.

ABSTRACT Background Chitin is a common component in the natural diet of many fish, and a range of chitinases with the potential to down chitin have been identified. Yet whether chitin is metabolized in fish is still unclear. Here we used a combination of chitinase activity assay, transcriptomics, and 16S rRNA bacterial analysis to assess the effect of chitin supplementation on Atlantic salmon gene expression and microbial community. Results Atlantic salmon express multiple genes associated with chitin metabolism, and we show that the expression and activity of Atlantic salmon chitinases are not affected by the addition of dietary chitin. We do, however, demonstrate an association between gut microbial composition, chitinase activity in the gut, and host chitinase expression. Conclusion The findings presented here support the idea that chitin metabolism genes are linked to the maintenance of a chitin-based barrier in the teleost gut. These results contribute to a greater understanding of chitin metabolism in fish.

Abstract Proteins are under selection to maintain central functions and to accommodate needs that arise in ever-changing environments. The positive selection and neutral drift that preserve functions result in a diversity of protein variants. The amount of diversity differs between proteins: multifunctional or disease-related proteins tend to have fewer variants than proteins involved in some aspects of immunity. Our work focuses on the extensively studied protein Vitellogenin (Vg), which in honey bees (Apis mellifera) is multifunctional and highly expressed and plays roles in immunity. Yet, almost nothing is known about the natural variation in the coding sequences of this protein or how amino acid-altering variants might impact structure–function relationships. Here, we map out allelic variation in honey bee Vg using biological samples from 15 countries. The successful barcoded amplicon Nanopore sequencing of 543 bees revealed 121 protein variants, indicating a high level of diversity in Vg. We find that the distribution of non-synonymous single nucleotide polymorphisms (nsSNPs) differs between protein regions with different functions; domains involved in DNA and protein–protein interactions contain fewer nsSNPs than the protein’s lipid binding cavities. We outline how the central functions of the protein can be maintained in different variants and how the variation pattern may inform about selection from pathogens and nutrition.

Abstract Background The accumulation of carotenoids in adipose tissue leading to yellow fat is, in sheep, a heritable recessive trait that can be attributed to a nonsense mutation in the beta-carotene oxygenase 2 (BCO2) gene. However, not all sheep breeds suffering from yellow fat have this nonsense mutation, meaning that other functional mechanisms must exist. We investigated one such breed, the Norwegian spælsau. Results In spælsau we detected an aberration in BCO2 mRNA. Nanopore sequencing of genomic DNA revealed the insertion of a 7.9 kb endogenous Jaagsiekte Sheep Retrovirus (enJSRV) sequence in the first intron of the BCO2 gene. Close examination of its cDNA revealed that the BCO2 genes first exon was spliced together with enJSRV-sequence immediately downstream of a potential - AG splice acceptor site at enJSRV position 415. The hybrid protein product consists of 29 amino acids coded by the BCO2 exon 1, followed by 29 amino acids arbitrary coded for by the enJSRV-sequence, before a translation stop codon is reached. Conclusions Considering that the functional BCO2 protein consists of 575 amino acids, it is unlikely that the 58 amino acid BCO2/enJSRV hybrid protein can display any enzymatic function. The existence of this novel BCO2 allele represents an alternative functional mechanism accounting for BCO2 inactivation and is a perfect example of the potential benefits for searching for structural variants using long-read sequencing data.