Abstract Across the tree of life, species have repeatedly evolved similar phenotypes. While well-studied for ecological traits, there is also evidence for convergent evolution of sexually selected traits. Swordtail fish ( Xiphophorus ) are a classic model system for studying sexual selection, and female Xiphophorus exhibit strong mate preferences for large male body size and a range of sexually dimorphic ornaments. However, sexually selected traits have been lost multiple times in the genus. Phylogenetic relationships between species in this group have historically been controversial, likely as a result of prevalent gene flow, resulting in uncertainty over the number of losses of ornamentation and large body size. Here, we use whole-genome sequencing approaches to re-examine phylogenetic relationships within a Xiphophorus clade that varies in the presence and absence of sexually selected traits. Using wild-caught individuals, we determine the phylogenetic placement of a small, unornamented species, X. continens , confirming an additional loss of ornamentation and large body size in the clade. With these revised phylogenetic relationships, we analyze evidence for coevolution between body size and other sexually selected traits using a phylogenetically independent contrasts approach. These results provide insights into the evolutionary pressures driving the recurrent loss of suites of sexually selected traits.

ABSTRACT Genetic interactions are adaptive within a species. Hybridization can disrupt such species‐specific genetic interactions and creates novel interactions that alter the hybrid progeny overall fitness. Hybrid incompatibility, which refers to degenerative genetic interactions that decrease the overall hybrid survival and sterility, is one of the results from combining two diverged genomes in hybrids. The discovery of spontaneous lethal tumorigenesis and underlying genetic interactions in select hybrids between diverged Xiphophorus species showed that lethal pathological process can result from degenerative genetic interactions. Such genetic interactions leading to lethal phenotype are thought to shield gene flow between diverged species. However, hybrids between certain Xiphophorus species do not develop such tumors. Here we report the identification of a locus residing in the genome of one Xiphophorus species that represses an oncogene from a different species. Our finding provides insights into normal and pathological pigment cell development, regulation and a molecular mechanism in hybrid incompatibility.

Abstract Genetic interactions are adaptive within a species. Hybridization can disrupt such species-specific genetic interactions and creates novel interactions that alter the hybrid progeny overall fitness. Hybrid incompatibility, which refers to degenerative genetic interactions that decrease the overall hybrid survival, is one of the results from combining two diverged genomes in hybrids. The discovery of spontaneous lethal tumorigenesis and underlying genetic interactions in select hybrids between diverged Xiphophorus species showed that lethal pathological process can result from degenerative genetic interactions. Such genetic interactions leading to lethal phenotype are thought to shield gene flow between diverged species. However, hybrids between certain Xiphophorus species do not develop such tumors. Here we report the identification of a locus residing in the genome of one Xiphophorus species that represses an oncogene from a different species. Our finding provides insights into normal and pathological pigment cell development, regulation and molecular mechanism in hybrid incompatibility. Significance The Dobzhansky–Muller model states epistatic interactions occurred between genes in diverged species underlies hybrid incompatibility. There are a few vertebrate interspecies hybrid cases that support the Dobzhansky–Muller model. This study reports a fish hybrid system where incompatible genetic interactions are involved in neuronal regulation of pigment cell biology, and also identified a novel point of regulation for pigment cells.

Abstract The Xiphophorus melanoma receptor kinase gene, xmrk , is a bona fide oncogene driving melanocyte tumorigenesis of Xiphophorus fish. When ectopically expressed in medaka, it not only induces development of several pigment cell tumor types in different strains of medaka, but also induces different tumor types within the same animal, suggesting its oncogenic activity has a transcriptomic background effect. Although the central pathways that xmrk utilizes to lead to melanomagenesis are well documented, genes and genetic pathways that modulate the oncogenic effect, and alter the course of disease have not been studied so far. To understand how the genetic networks between different histocytes of xmrk- driven tumors are composed, we isolated two types of tumors, melanoma and xanthoerythrophoroma, from the same xmrk transgenic medaka individuals, established the transcriptional profiles of both xmrk- driven tumors, and compared (1) genes that are co-expressed with xmrk in both tumor types, and (2) differentially expressed genes and their associated molecular functions, between the two tumor types. Transcriptomic comparisons between the two tumor types show melanoma and xanthoerythrophoroma are characterized by transcriptional features representing varied functions, indicating distinct molecular interactions between the driving oncogene and the cell type-specific transcriptomes. Melanoma tumors exhibited gene signatures that are relevant to proliferation and invasion while xanthoerythrophoroma tumors are characterized by expression profiles related metabolism and DNA repair. We conclude the transcriptomic backgrounds, exemplified by cell-type specific genes that are downstream of xmrk effected signaling pathways, contribute the potential to change the course of tumor development and may affect overall tumor outcomes.