Summary Fungi have a wide range of lifestyles and hosts. We still know little about the impact of lifestyles on their genome architecture. Here, we combined and annotated 562 fungal genomes from the class Sordariomycetes and examined the coevolution between 12 genomic and two lifestyle traits: pathogenicity and insect association. We found that many pathogens tend to evolve a larger number of protein-coding genes, tRNA genes, and have larger non-repetitive genome sizes than non-pathogenic species. In contrast, species with a pathogenic or symbiotic relationship with insects have smaller genome sizes and genes with longer exons; they also have fewer genes if they are vectored by insects, compared to species not associated with insects. Our study demonstrates that pathogen genome size and complexity are the result of an interplay between drift, imposed by symbiosis and small effective population size, which leads to genome contraction, and the adaptive role of gene amplification, which leads to genome expansion.

Abstract Hybridization and polyploidization are powerful mechanisms of speciation. Hybrid speciation often coincides with whole-genome duplication (WGD) in eukaryotes. This suggests that WGD allows hybrids to thrive by restoring fertility and/or increasing access to adaptive mutations. Alternatively, it has been suggested that hybridization itself may trigger WGD. Testing these models requires quantifying the rate of WGD in hybrids without the confounding effect of natural selection. By measuring the spontaneous rate of WGD of 1304 yeast crosses evolved under relaxed selection, we show that some genotypes are more prone to WGD and WGD can be triggered by hybridization. We also find that higher WGD rate correlates with higher genomic instability and that WGD increases fertility and genetic variability. These results provide evidence that hybridization itself can promote WGD, which in turn facilitates the evolution of hybrids.

Ancient origins, profound ecological divergence and extensive hybridization make the fire-bellied toads Bombina bombina and B. variegata (Anura: Bombinatoridae) an intriguing test case of ecological speciation. Narrow Bombina hybrid zones erect barriers to neutral introgression whose strength has been estimated previously. We test this prediction by inferring the rate of gene exchange between pure populations on either side of the intensively studied Krakow transect. We developed a software pipeline to extract high confidence sets of orthologous genes from de novo transcriptome assemblies, fitted a range of divergence models to these data and assessed their relative support with analytic likelihoods calculations. There was clear evidence for post-divergence gene flow, but, as expected, no perceptible signal of recent introgression via the nearby hybrid zone. The analysis of two additional Bombina taxa (B. v. scabra and B. orientalis) validated our parameter estimates against a larger set of prior expectations. Despite substantial cumulative introgression over millions of years, adaptive divergence of the hybridizing taxa is essentially unaffected by their lack of reproductive isolation. Extended distribution ranges also buffer them against small-scale environmental perturbations that have been shown to reverse the speciation process in other, more recent ecotypes.

The genome sequences of archeological yeast isolates can reveal insights about the history of human baking, brewing and winemaking activities and migration around the globe. A yeast strain called Jean-Talon was recently isolated from the vaults of the Intendant's Palace of Nouvelle France on a historical site in Québec City. This site has been occupied by various breweries, starting from the end of the 17th century and until the middle of the 20th century. We sequenced the genome of the Jean-Talon strain with short and long reads and reanalyzed the genomes of hundreds of yeast strains to identify its species of origin and determine how it relates to other domesticated and wild strains. The Jean-Talon strain is a tetraploid strain with numerous aneuploidies, is partially sterile and most closely related to beer strains from the beer and bakery genetic groups and industrial strains from the United Kingdom and Belgium. We conclude from this that the Jean-Talon strain most likely derives from recent brewing activities that took place in the same location and not from wild yeast that could have been domesticated by the original brewers of the Nouvelle France on the site.

Abstract Mutation rates and spectra vary between species and among populations. Hybridization can contribute to this variation, but its role remains poorly understood. Estimating mutation rates requires controlled conditions where the effect of natural selection can be minimized. One way to achieve this is through mutation accumulation experiments coupled with genome sequencing. Here we investigate 400 mutation accumulation lines initiated from 11 genotypes spanning intra-lineage, inter-lineage and interspecific crosses of the yeasts Saccharomyces paradoxus and S. cerevisiae and propagated for 770 generations. We find significant differences in mutation rates and spectra among crosses, which are not related to the level of divergence of parental strains but are specific to some genotype combinations. Differences in number of generations and departures from neutrality play a minor role, whereas polyploidy and loss of heterozygosity impact mutation rates in some of the hybrid crosses in an opposite way.

Pathogenic fungi are a cause of growing concern. Developing an efficient and safe antifungal is challenging because of the similar biological properties of fungal and host cells. Consequently, there is an urgent need to better understand the mechanisms underlying antifungal resistance to prolong the efficacy of current molecules. A major step in this direction would be to be able to predict or even prevent the acquisition of resistance. We leverage the power of experimental evolution to quantify the diversity of paths to resistance to the antifungal 5-fluorocytosine (5-FC), commercially known as flucytosine. We generated hundreds of independent 5-FC resistant mutants derived from two genetic backgrounds from wild isolates of Saccharomyces cerevisiae. Through automated pin-spotting, whole-genome and amplicon sequencing, we identified the most likely causes of resistance for most strains. Approximately a third of all resistant mutants evolved resistance through a pleiotropic drug response, a potentially novel mechanism in response to 5-FC, marked by cross-resistance to fluconazole. These cross-resistant mutants are characterized by a loss of respiration and a strong tradeoff in drug-free media. For the majority of the remaining two thirds, resistance was acquired through loss-of-function mutations in FUR1, which encodes an important enzyme in the metabolism of 5-FC. We describe conditions in which mutations affecting this particular step of the metabolic pathway are favored over known resistance mutations affecting a step upstream, such as the well-known target cytosine deaminase encoded by FCY1. This observation suggests that ecological interactions may dictate the identity of resistance hotspots.

Hybrids between species exhibit plastic genomic architectures that could foster or slow down their adaptation. When challenged to evolve in an environment containing a UV mimetic drug, yeast hybrids have reduced adaptation rates compared to parents. We find that hybrids and their parents converge onto similar molecular mechanisms of adaptation by mutations in pleiotropic transcription factors, but at a different pace. After 100 generations, mutations in these genes tend to be homozygous in the parents but heterozygous in the hybrids. We hypothesize that a lower rate of loss of heterozygosity (LOH) in hybrids could limit fitness gain. Using genome editing, we first demonstrate that mutations display incomplete dominance, requiring homozygosity to show full impact and to entirely circumvent Haldane's sieve, which favors the fixation of dominant mutations. Second, tracking mutations in earlier generations confirmed a different rate of LOH in hybrids. Together, these findings show that Haldane's sieve slows down adaptation in hybrids, revealing an intrinsic constraint of hybrid genomic architecture that can limit the role of hybridization in adaptive evolution. Hybrids have complex genomes that influence their adaptive potential. This study reveals that yeast hybrids adapt slower than their parental species in a new environment, primarily due to a reduced rate of loss of heterozygosity in key genes.

Abstract Hybrids between species exhibit plastic genomic architectures that foster phenotypic diversity. Their genomic instability also incurs costs, potentially limiting adaptation. When challenged to evolve in an environment containing a UV mimetic drug, yeast hybrids have reduced adaptation rates compared to parents. We hypothesized that this reduction could result from a faster accumulation of genomic changes, but we found no such association. Alternatively, we proposed that hybrids might lack access to adaptive mutations occurring in the parents, yet, we identified mutations in the same genes ( PDR1 and YRR1 ), suggesting similar molecular adaptation mechanisms. However, mutations in these genes tended to be homozygous in the parents but heterozygous in the hybrids. We hypothesized that a lower rate of loss of heterozygosity (LOH) in hybrids could limit fitness gain. Using genome editing, we demonstrated that mutations display incomplete dominance, requiring homozygosity to show full impact and to circumvent Haldane’s sieve, which favors the fixation of dominant mutations. We used frozen ‘fossils’ to track genotype frequency dynamics and confirmed that LOH occurs at a slower pace in hybrids than in parents. Together, these findings show that Haldane’s sieve slows down adaptation in hybrids, revealing an intrinsic constraint of hybrid genomic architecture that can limit the role of hybridization in adaptive evolution.