Bacterial symbionts bring a wealth of functions to the associations they participate in, but by doing so, they endanger the genes and genomes underlying these abilities. When bacterial symbionts become obligately associated with their hosts, their genomes are thought to decay towards an organelle-like fate due to decreased homologous recombination and inefficient selection. However, numerous associations exist that counter these expectations, especially in marine environments, possibly due to ongoing horizontal gene flow. Despite extensive theoretical treatment, no empirical study thus far has connected these underlying population genetic processes with long-term evolutionary outcomes. By sampling marine chemosynthetic bacterial-bivalve endosymbioses that range from primarily vertical to strictly horizontal transmission, we tested this canonical theory. We found that transmission mode strongly predicts homologous recombination rates, and that exceedingly low recombination rates are associated with moderate genome degradation in the marine symbionts with nearly strict vertical transmission. Nonetheless, even the most degraded marine endosymbiont genomes are occasionally horizontally transmitted and are much larger than their terrestrial insect symbiont counterparts. Therefore, horizontal transmission and recombination enable efficient natural selection to maintain intermediate symbiont genome sizes and substantial functional genetic variation.Author summary Symbiotic associations between bacteria and eukaryotes are ubiquitous in nature and have contributed to the evolution of radically novel phenotypes and niches for the involved partners. New metabolic or physiological capacities that arise in these associations are typically encoded by the bacterial symbiont genomes. However, the association itself endangers the retention of bacterial genomic coding capacity. Endosymbiont genome evolution theory predicts that when bacterial symbionts become restricted to host tissues, their populations cannot remove deleterious mutations efficiently. This ultimately results in their genomes degrading to small, function-poor states, reminiscent of organellar genomes. However, many ancient marine endosymbionts do not fit this prediction, but instead retain relatively large, gene-rich genomes, indicating that the evolutionary dynamics of this process need more thorough characterization. Here we show that on-going symbiont gene flow via horizontal transmission between bivalve hosts and recombination among divergent gammaproteobacterial symbiont lineages are sufficient to maintain large and dynamic bacterial symbiont genomes. These findings indicate that many obligately associated symbiont genomes may not be as isolated from one another as previously assumed and are not on a one way path to degradation.### Competing Interest Statement

A high quality genome assembly is a vital first step for the study of an organism. Recent advances in technology have made the creation of high quality chromosome scale assemblies feasible and low cost. However, the amount of input DNA needed for an assembly project can be a limiting factor for small organisms or precious samples. Here we demonstrate the feasibility of creating a chromosome scale assembly using a hybrid method for a low input sample, a single outbred Drosophila melanogaster. Our approach combines an Illumina shotgun library, Oxford nanopore long reads, and chromosome conformation capture for long range scaffolding. This single fly genome assembly has a N50 of 26 Mb, a length that encompasses entire chromosome arms, contains 95% of expected single copy orthologs, and a nearly complete assembly of this individual's Wolbachia endosymbiont. The methods described here enable the accurate and complete assembly of genomes from small, field collected organisms as well as precious clinical samples.

The intracellular symbiont Wolbachia pipientis evolved after the divergence of arthropods and nematodes, but it reached high prevalence in many of these taxa through its abilities to infect new hosts and their germlines. Some strains exhibit long-term patterns of co-evolution with their hosts, while other strains are capable of switching hosts. This makes strain selection an important factor in symbiont-based biological control. However, little is known about the ecological and evolutionary interactions that occur when a promiscuous strain colonizes an infected host. Here, we study what occurs when two strains come into contact in host cells following horizontal transmission and infection. We focus on the faithful w Mel strain from Drosophila melanogaster and the promiscuous w Ri strain from Drosophila simulans using an in vitro cell culture system with multiple host cell types and combinatorial infection states. Mixing D . melanogaster cell lines stably infected with w Mel and w Ri revealed that wMel outcompetes w Ri quickly and reproducibly. Furthermore, w Mel was able to competitively exclude w Ri even from minuscule starting quantities, indicating that this is a nearly deterministic outcome, independent of the starting infection frequency. This competitive advantage was not exclusive to wM el’s native D . melanogaster cell background, as w Mel also outgrew w Ri in D . simulans cells. Overall, w Ri is less adept at in vitro growth and survival than w Mel and its in vivo state, revealing differences between the two strains in cellular and humoral regulation. These attributes may underlie the observed low rate of mixed infections in nature and the relatively rare rate of host-switching in most strains. Our in vitro experimental framework for estimating cellular growth dynamics of Wolbachia strains in different host species and cell types provides the first strategy for parameterizing endosymbiont and host cell biology at high resolution. This toolset will be crucial to our application of these bacteria as biological control agents in novel hosts and ecosystems.

The intracellular symbiont