Abstract Sex chromosomes form once recombination is halted between the X and Y chromosomes. This loss of recombination quickly depletes Y chromosomes of functional content and genetic variation, which is thought to severely limit their potential to generate adaptive diversity. We examined Y diversity in Poecilia parae , where males occur as one of five discrete morphs, all of which shoal together in natural populations where morph frequency has been stable for over 50 years. Each morph utilizes different complex reproductive strategies, and differ dramatically from each other in color, body size, and mating behavior. Remarkably, morph phenotype is passed perfectly from father to son, indicating there are five Y haplotypes segregating in the species, each of which encodes the complex male morph characteristics. Using linked-read sequencing on multiple P. parae females and males of all five morphs from natural populations, we found that the genetic architecture of the male morphs evolved on the Y chromosome long after recombination suppression had occurred with the X. Comparing Y chromosomes between each of the morphs revealed that although the Ys of the three minor morphs that differ predominantly in color are highly similar, there are substantial amounts of unique genetic material and divergence between the Ys of the three major morphs that differ in reproductive strategy, body size and mating behavior. Taken together, our results reveal the extraordinary ability of evolution to overcome the constraints of recombination loss to generate extreme diversity resulting in five discrete Y chromosomes that control complex reproductive strategies. Significance Statement The loss of recombination on the Y chromosome is thought to limit the adaptive potential of this unique genomic region. Despite this, we describe an extraordinary case of Y chromosome adaptation in Poecilia parae . This species contains five co-occurring male morphs, all of which are Y-linked, and which differ in reproductive strategy, body size, coloration, and mating behavior. The five Y-linked male morphs of P. parae evolved after recombination was halted on the Y, resulting in five unique Y chromosomes within one species. Our results reveal the surprising magnitude to which non-recombining regions can generate adaptive diversity and have important implications for the evolution of sex chromosomes and the genetic control of sex-linked diversity.

Abstract Domesticated animals display suites of altered morphological, behavioural and physiological traits compared to their wild ancestors, a phenomenon known as the domestication syndrome (DS). Because these alterations are observed to co-occur across a wide range of present day domesticates, the traits within the DS are assumed to covary within species and a single developmental mechanism has been hypothesized to cause the observed co-occurrence. However, due to the lack of formal testing it is currently not well-resolved if the traits within DS actually covary. Here we test the hypothesis that the presence of the classic morphological domestication traits white pigmentation, floppy ears and curly tails predict the strength of behavioural correlations in support of the DS in 78 dog breeds. Contrary to the expectations of covariation among DS traits, we found that morphological traits did not covary among themselves, nor did they predict the strength of behavioural correlations among dog breeds. Further, the number of morphological traits in a breed did not predict the strength of behavioural correlations. Our results thus contrast with the hypothesis that the DS arises due to a shared underlying mechanism, but more importantly, questions if the morphological traits embedded in the DS are actual domestication traits or post-domestication improvement traits. For dogs, it seems highly likely that strong selection for breed specific morphological traits only happened recently in relation to breed formation. Present day dogs therefore have limited bearing of the initial selection pressures applied during domestication and we should reevaluate our expectations of the DS accordingly.

Abstract The vertebrate brain displays enormous morphological variation and the quest to understand the evolutionary causes and consequences of this variation has spurred much research. The mosaic brain evolution hypothesis, stating that brain regions can evolve relatively independently, is an important idea in this research field. Here we provide experimental support for this hypothesis through an artificial selection experiment in the guppy ( Poecilia reticulata ). After four generations of selection on relative telencephalon volume (relative to brain size) in replicated up-selected, down-selected and control-lines, we found substantial changes in telencephalon size, but no changes in other regions. Comparisons revealed that up-selected lines had larger telencephalon while down-selected lines had smaller telencephalon than wild Trinidadian populations. No cost of increasing telencephalon size was detected in offspring production. Our results support that independent evolutionary changes in specific brain regions through mosaic brain evolution can be important facilitators of cognitive evolution.

Abstract Recent methodological approaches have expanded our understanding of Y chromosome sequence, revealed unexpected Y diversity, and sparked a growing realization of its importance in evolutionary processes. To fully understand the diversity and importance of the Y chromosome, we suggest the need to move from a holotype Y chromosome sequence, based on a single individual and meant to represent the species, to a thorough understanding of Y chromosome haplotype diversity, its phenotypic implications, and its phylogeographic distribution. Additionally, the Y chromosome may play an important role in two key rules of speciation that have otherwise been attributed to the X, namely Haldane’s Rule and the Large-X Effect. Emerging genomic tools and analytical approaches are just now giving us the means to ask how important this small, often forgotten region of the genome is in evolutionary processes.

Confirmatory path analysis allows researchers to evaluate and compare causal models using observational data. This tool has great value for comparative biologists since they are often unable to gather experimental data on macro-evolutionary hypotheses, but is cumbersome and error-prone to perform. I introduce phylopath, an R package that implements phylogenetic path analysis (PPA) as described by Von Hardenberg & Gonzalez-Voyer (2013). In addition to the published method, I provide support for the inclusion of binary variables. I illustrate PPA and phylopath by recreating part of a study on the relationship between brain size and vulnerability to extinction. The package aims to make the analysis straight-forward, providing convenience functions and several plotting methods, which I hope will encourage the spread of the method. phylopath is released under the GPL-3 license, and is freely available on CRAN (https://cran.r-project.org/web/packages/phylopath/index.html) and GitHub (https://github.com/Ax3man/phylopath).

Selection on behavioural traits holds a prominent role in the domestication of animals, with reductions in fear behaviour considered to be a key component. Specifically, there is a general assumption that domesticated species express reduced fear and reactivity towards novel stimuli compared to their ancestral species. However, very few studies have explicitly tested this proposed link between domestication and reduced fear responses. Of the limited number of studies experimentally addressing the alterations of fear during domestication, the majority have been done on canids. Previous work in foxes, wolves and dogs has led to the suggestion that decreased expression of fear in domesticated animals is linked to a domestication driven delay in the first onset of fearful behaviour during early ontogeny. Thus, wolves are expected to express exaggerated fearfulness earlier during ontogeny compared to dogs. However, while adult dogs are less fearful towards novelty than adult wolves and wolf-dog hybrids, consensus is lacking on when differences in fear expression arise in wolves and dogs. Here we present the first extended examination of fear development in hand-raised dogs and European grey wolves, using repeated novel object tests from six to 26 weeks of age. Contrary to expectations, we found no evidence in support of an increase in fearfulness in wolves with age or a delayed onset of fear response in dogs compared to wolves. Instead, we found that dogs strongly reduced their fear response in the period between six and 26 weeks of age, resulting in a significant species difference in fear expression towards novelty at 26 weeks. Critically, as wolves did not differ in their fear response towards novelty over time, the detected species difference was caused solely by a progressive reduced fear response in dogs. Our results thereby suggest that species differences in fear of novelty between wolves and dogs are not caused by a domestication driven shift in the first onset of fear response. Instead, we suggest that a loss of sensitivity towards novelty with age in dogs causes the difference in fear expression towards novelty in wolves and dogs.

Abstract One of the most spectacular displays of social behavior is the synchronized movements that many animal groups perform to travel, forage and escape from predators. However, elucidating the neural mechanisms underlying the evolution of collective behaviors, as well as their fitness effects, remains challenging. Here, we study anti-predator behavior in guppies experimentally selected for divergence in polarization, an important behavioral aspect of coordinated movement. We find that groups from artificially selected lines remain more polarized than control groups in the presence of a threat. Neuroanatomical measurements of polarization-selected individuals indicated changes in brain regions previously suggested to be important regulators of perception, fear and attention, and motor response. Additional visual acuity and temporal resolution tests performed in polarization-selected and control individuals indicate that observed differences in anti-predator and schooling behavior should not be attributable to changes in visual perception, but rather are more likely the result of the more efficient relay of sensory input in the brain of polarization-selected fish. Our findings highlight that brain morphology may play a fundamental role in the evolution of coordinated movement and anti-predator behavior.

ABSTRACT Comparative analyses of gene birth-death dynamics (GBDD) have the potential to reveal gene families that played an important role in the evolution of morphological, behavioral, or physiological variation. Here, we used whole genomes of 30 species of butterflies and moths to identify GBDD among the Lepidoptera that are associated with specialist or generalist feeding strategies. Our work advances this field by using a uniform set of annotated proteins for all genomes, investigating associations while correcting for phylogeny, and assessing all gene familes rather than a priori subsets. We discovered that the sizes of several important gene families (e.g., those associated with pesticide resistance, xenobiotic detoxification, and/or protein digestion) are significantly correlated with diet breadth. We also found 12 gene families showing significant shifts in GBDD at the butterfly (Papilionoidea) crown node, the most notable of which was a family of pheromone receptors that underwent a contraction potentially linked with a shift to visual-based mate recognition. Our findings highlight the importance of uniform annotations, phylogenetic corrections and unbiased gene family analyses in generating a list of candidate genes that warrant further exploration. Significance Statement Gene duplications and gene deaths are important for the development of novel traits, but their study is often complicated by methodological issues, such as input data coming from different sources with different biases. Here, we address many of these issues in an analysis of gene duplication and death across 30 species of moths by using standardized, genome-wide input data. Importantly, our analysis uses a model that can correlate gene family sizes with any quantitative trait, while also accounting for relatedness between species. Using this model, we provide novel evolutionary insights by showing that the sizes of several important gene families are correlated with increases or decreases in the number of host plant orders that Lepidoptera eat.

Abstract Females are traditionally presented as the choosier sex, selecting males based on the quality of their traits. Yet, there is increasing evidence that male mate choice is also important, even in species without male parental care. Social environment and learning are key factors in determining mate preference, and animals are able to use the information they gather from previous experience to potentially increase their odds of obtaining a high-quality mate. We examined how the social environment affects male mate choice in the guppy ( Poecilia reticulata ). We evaluated whether male guppies with previous social experience of female receptivity cues learn to prefer and adapt their behavioural repertoire towards females with higher receptiveness levels, as this represents an optimal use of time and energy and is more likely to result in insemination. For this, we measured sexual preference and behaviour for receptive females in no-choice and dichotomous choice tests using guppy males experienced or naïve to female receptivity cues. Experience with receptivity cues did not change the strength of preference towards receptive females. However, male guppies that had previous experience with female receptivity cues adapted their mating tactic compared to naïve males. The change in mating tactics but lack of preference towards receptive females shows that the influence of social learning is present but might be weaker than predicted in this species. Furthermore, these results provide further support to studies of female mate choice suggesting mating status is not a key factor driving the strength of sexual preferences in natural populations.

Abstract The rate of germline mutation is fundamental to evolutionary processes, as it generates the variation upon which selection acts. The guppy, Poecilia reticulata , is a model of rapid adaptation, however the relative contribution of standing genetic variation versus de novo mutation to evolution in this species remains unclear. Here, we use pedigree-based approaches to quantify and characterize de novo mutations (DNMs) in three large guppy families. Our results suggest germline mutation rate in the guppy varies substantially across individuals and families. Most DNMs are shared across multiple siblings, suggesting they arose during early zygotic development. DNMs are randomly distributed throughout the genome, and male-biased mutation rate is low, as would be expected from the short guppy generation time. Overall, our study demonstrates remarkable variation in germline mutation rate and provides insights into rapid evolution of guppies.