The oxytocinergic system is critically involved in the regulation of maternal behavior, which includes maternal aggression. Because aggression has been linked to anxiety, we investigated the maternal aggression and the role of brain oxytocin in lactating Wistar rats selectively bred for high anxiety-related behavior (HAB) or low anxiety-related behavior (LAB) during the 10 min maternal defense test. HAB dams displayed more maternal aggression against a virgin intruder compared with LAB dams, resulting in more defensive behavior and higher anxiety of HAB-defeated virgins. The different levels of aggression were accompanied by opposite oxytocin release patterns within the paraventricular nucleus (PVN; HAB, increase; LAB, decrease). Furthermore, oxytocin release was higher within the central nucleus of the amygdala (CeA) of HAB dams compared with LABs. A direct correlation between the offensive behavior displayed during the maternal defense test and local oxytocin release was found in both the PVN and CeA. Using retrodialysis, blockade of endogenous oxytocin action by infusion of an oxytocin receptor antagonist (des-Gly-NH 2 ,d(CH 2 ) 5 [Tyr(Me) 2 ,Thr 4 ]OVT) into the PVN or CeA reduced maternal aggression of HAB dams, whereas infusion of synthetic oxytocin into the PVN tended to increase aggression toward the intruder in LAB dams. There were no significant differences in oxytocin receptor mRNA expression or oxytocin receptor binding between lactating HAB and LAB dams. Therefore, differences in intracerebral release patterns of oxytocin, rather than differences at the level of oxytocin receptors, are critical for the regulation of maternal aggressive behavior.

Abstract The European starling, Sturnus vulgaris , is an ecologically significant, globally invasive avian species that is also suffering from a major decline in its native range. Here, we present the genome assembly and long-read transcriptome of an Australian-sourced European starling ( S. vulgaris vAU), and a second North American genome ( S. vulgaris vNA), as complementary reference genomes for population genetic and evolutionary characterisation. S. vulgaris vAU combined 10x Genomics linked-reads, low-coverage Nanopore sequencing, and PacBio Iso-Seq full-length transcript scaffolding to generate a 1050 Mb assembly on 1,628 scaffolds (72.5 Mb scaffold N50). Species-specific transcript mapping and gene annotation revealed high structural and functional completeness (94.6% BUSCO completeness). Further scaffolding against the high-quality zebra finch ( Taeniopygia guttata ) genome assigned 98.6% of the assembly to 32 putative nuclear chromosome scaffolds. Rapid, recent advances in sequencing technologies and bioinformatics software have highlighted the need for evidence-based assessment of assembly decisions on a case-by-case basis. Using S. vulgaris vAU, we demonstrate how the multifunctional use of PacBio Iso-Seq transcript data and complementary homology-based annotation of sequential assembly steps (assessed using a new tool, SAAGA) can be used to assess, inform, and validate assembly workflow decisions. We also highlight some counter-intuitive behaviour in traditional BUSCO metrics, and present B uscomp , a complementary tool for assembly comparison designed to be robust to differences in assembly size and base-calling quality. Finally, we present a second starling assembly, S. vulgaris vNA, to facilitate comparative analysis and global genomic research on this ecologically important species.

Abstract A species’ success during the invasion of new areas hinges on an interplay between demographic processes and the outcome of localized selection. Invasive European Starlings ( Sturnus vulgaris ) established populations in Australia and North America in the 19 th century. Here, we compare whole-genome sequences among native and independently introduced European Starling populations from three continents to determine how demographic processes interact with rapid adaptive evolution to generate similar genetic patterns in these recent and replicated invasions. Our results confirm that a post-bottleneck expansion may in fact support local adaptation. We find that specific genomic regions have differentiated even on this short evolutionary timescale, and suggest that selection best explains differentiation in at least two of these regions. This infamous and highly mobile invader adapted to novel selection (e.g., extrinsic factors), perhaps in part due to the demographic boom intrinsic to many invasions.

Across animal welfare science there is a lack of validated models of positive affective states. Previous work has shown that presentation of contrastingly valenced ultrasonic vocalisations (USVs) to rats alters their behaviour. However, the potential of using playback of USVs to induce a positive affective state and promote positive animal welfare has yet to be explored. We used three cohorts of juvenile male Wistar rats (37 days old) in three independent experiments to develop a novel home cage playback paradigm to induce a positive affective state in rats. The intention behind this paradigm was to create a low-stress environment, given the heightened susceptibility of positive affective states to stress. Rats were presented in pairs with a playback track consisting of positively valenced 50-kHz USVs, White Noise (within the 30 – 100 kHz range), or Background Noise in their home cage. In Experiments 1 (N = 7 cages) and 2 (N = 14 cages), rats received a single presentation of each playback track in a Latin square experimental design. In Experiment 3 (N = 20 cages), rats received repeated presentations of the same playback track over five consecutive days. Changes in affective state were measured through USV production, approach to the stimulus, and play behaviour. Across all three experiments, the presentation of 50-kHz stimuli USVs increased subject-produced positively valenced 50 kHz USVs compared to presentation of Background Noise (e.g. Experiment 2; F2,239 = 6.05, p < 0.05). Similarly, rats also expressed an increase in approach behaviour towards the speaker in response to 50 kHz stimuli USVs compared to White Noise and Background Noise (Experiment 3 duration of approach behaviour; F2,479 = 10.55, p < 0.001). Whilst there was complexity in the relationship between the presentation of different acoustic stimuli and play behaviour, rats presented with the 50 kHz stimuli showed increased social play in the ten minutes during presentation under some of our test conditions. The impact of acoustic stimuli on measures of affective state across cohorts provides evidence that the home cage playback paradigm holds promise as a method for inducing a positive affective state in rats.

ABSTRACT In many cooperatively breeding species non-breeding individuals help to rear the offspring of breeders. The physiological mechanisms that regulate such cooperative helping behavior are poorly understood, but may have been co-opted, during the evolution of cooperative breeding, from pre-existing mechanisms that regulated parental care. Key among these may be a role for prolactin. Here we investigate whether natural variation in circulating prolactin levels predicts both parental and helper contributions to nestling provisioning in cooperatively breeding white-browed sparrow weavers, Plocepasser mahali . In sparrow weaver groups, a single dominant pair monopolize reproduction and non-breeding subordinates help with nestling feeding. We show that: (i) among parents, dominant females feed nestlings at higher rates, make longer provisioning visits, and have higher prolactin levels than dominant males; and (ii) among subordinates, engaged in cooperative helping behavior, those within their natal groups feed nestlings at higher rates and have higher prolactin levels than immigrants. Accordingly, continuous variation in prolactin levels positively predicts nestling-provisioning rates and mean provisioning visit durations when all bird classes are combined. These relationships are principally driven by differences among bird classes in both circulating prolactin levels and provisioning traits. The more limited within-class variation in prolactin and provisioning traits were not evidently correlated, highlighting a likely role for additional mechanisms in the fine-scale regulation of care. Our findings broadly support the hypothesis that parental care and cooperative helping behavior are regulated by a common underlying mechanism and highlight the need for experimentation to now establish the causality of any role for prolactin.

Abstract The annual photoperiod cycle provides the critical environmental cue synchronizing rhythms of life in seasonal habitats. In 1936, Bünning proposed a circadian-based coincidence timer for photoperiodic synchronization in plants. Formal studies support the universality of this so-called coincidence timer, but we lack understanding of the mechanisms involved. Here we show in mammals that long photoperiods induce the circadian transcription factor BMAL2 , in the pars tuberalis of the pituitary, and triggers summer biology through the eyes absent / thyrotrophin (EYA3 / TSH) pathway. Conversely, long-duration melatonin signals on short photoperiods induce circadian repressors including DEC1 , suppressing BMAL2 and the EYA3/TSH pathway, triggering winter biology. These actions are associated with progressive genome-wide changes in chromatin state, elaborating the effect of the circadian coincidence timer. Hence, circadian clock-pituitary epigenetic pathway interactions form the basis of the mammalian coincidence timer mechanism. Our results constitute a blueprint for circadian-based seasonal timekeeping in vertebrates.

Abstract Most associative learning tests in rodents use negative stimuli, such as an electric shock. We investigated if young rats can learn to associate the presence of an odour with the experience of being tickled (i.e. using an experimenter’s hand to mimic rough-and-tumble play), shown to elicit 50 kHz ultrasonic vocalisations (USVs), which are indicative of positive affect. Male, pair-housed Wistar rats (N=24) were all exposed to two neutral odours (A and B) presented in a perforated container on alternate days in a test arena. Following 60s of exposure, the rats were either tickled on days when odour A (n=8) or odour B (n=8) was present, or never tickled (n=8). When tickled, rats produced significantly more 50 kHz USVs compared to the days when not being tickled, and compared to control rats. The level of anticipatory 50 kHz USVs in the 60s prior to tickling did not differ significantly between the tickled and control rats. Following the odour conditioning, rats were exposed successively in the same arena to three odours: an unknown neutral odour, extract of fox faeces, and either odours A or B. Compared to controls, 50 kHz USVs of tickled rats increased when exposed to the odour they had previously experienced when tickled, indicating that these rats had learned to associate the odour with the positive experience of being tickled. In a test with free access for 5 min to both arms of a T-maze, each containing one of the odours, rats tickled with odour A spent more time in the arm with this odour. This work is the first to test in a fully balanced design whether odours can be conditioned to tickling, and indicates that positive odour conditioning has potential to be used as an alternative to negative conditioning tests.

The Japanese quail (Coturnix japonica) is a popular domestic poultry species and an increasingly significant model species in avian developmental, behavioural and disease research. We have produced a high-quality quail genome sequence, spanning 0.93 Gb assigned to 33 chromosomes. In terms of contiguity, assembly statistics, gene content and chromosomal organization, the quail genome shows high similarity to the chicken genome. We demonstrate the utility of this genome through three diverse applications. First, we identify selection signatures and candidate genes associated with social behaviour in the quail genome, an important agricultural and domestication trait. Second, we investigate the effects and interaction of photoperiod and temperature on the transcriptome of the quail medial basal hypothalamus, revealing key mechanisms of photoperiodism. Finally, we investigate the response of quail to H5N1 influenza infection. In quail lung, many critical immune genes and pathways were downregulated, and this may be key to the susceptibility of quail to H5N1.This genome will facilitate further research into diverse research questions using the quail as a model avian species.

ABSTRACT Male Japanese quail produce high-frequency crow vocalizations to attract females during the breeding season. The nucleus of intercollicularis (ICo) is the midbrain vocal center in birds and electrical stimulation of the ICo produces calls that include crowing. Noradrenaline plays a significant role in sexual behavior but the contribution of noradrenaline in the control of courtship vocalizations in quail has not been well established. Using dose-dependent intracerebroventricular injection of clonidine, an α2-adrenergic receptor- specific agonist, crowing vocalization was immediately suppressed. At the same time as crow suppression by clonidine there was a reduction of immediate early gene, zenk mRNA, in the ICo; no zenk mRNA expression was detected in the dorsomedial division of the nucleus. Using histochemistry, we determined that the ICo receives noradrenergic innervation and expresses α2A-adrenergic receptor mRNA. Taken together, these data suggest that noradrenaline regulates courtship vocalization in quail, possibly via the alpha2A- adrenergic receptor expressed on ICo neurons.