Dietary carotenoids have been proposed to boost immune system and antioxidant functions in vertebrate animals, but studies aimed at testing these physiological functions of carotenoids have often failed to find support. Here we subject yellow canaries (Serinus canaria), which possess high levels of carotenoids in their tissue, and white recessive canaries, which possess a knockdown mutation that results in very low levels of tissue carotenoids, to oxidative and pathogen challenges. Across diverse measures of physiological performance, we detect no differences between carotenoid-rich yellow and carotenoid-deficient white canaries. These results add further challenge to the assumption that carotenoids are directly involved in supporting physiological function in vertebrate animals. While some dietary carotenoids provide indirect benefits as retinoid precursors, our observations suggest that carotenoids themselves may play little to no direct role in key physiological processes in birds.

A fragment of the mitochondrial cytochrome b gene of avian malaria (genera Haemoproteus and Plasmodium) was amplified from blood samples of 12 species of passerine birds from the genera Acrocephalus, Phylloscopus and Parus. By sequencing 478 nucleotides of the obtained fragments, we found 17 different mitochondrial haplotypes of Haemoproteus or Plasmodium among the 12 bird species investigated. Only one out of the 17 haplotypes was found in more than one host species, this exception being a haplotype detected in both blue tits (Parus caeruleus) and great tits (Parus major). The phylogenetic tree which was constructed grouped the sequences into two clades, most probably representing Haemoproteus and Plasmodium, respectively. We found two to four different parasite mitochondrial DNA (mtDNA) haplotypes in four bird species. The phylogenetic tree obtained from the mtDNA of the parasites matched the phylogenetic tree of the bird hosts poorly. For example, the two tit species and the willow warbler (Phylloscopus trochilus) carried parasites differing by only 0.6%sequence divergence, suggesting that Haemoproteus shift both between species within the same genus and also between species in different families. Hence, host shifts seem to have occurred repeatedly in this parasite-host system. We discuss this in terms of the possible evolutionary consequences for these bird species.

Recently, several polymerase chain reaction (PCR)-based methods for detection and genetic identification of haemosporidian parasites in avian blood have been developed. Most of these have considerably higher sensitivity compared with traditional microscope-based examinations of blood smears. These new methods have already had a strong impact on several aspects of research on avian blood parasites. In this study, we present a new nested PCR approach, building on a previously published PCR method, which has significantly improved performance. We compare the new method with some existing assays and show, by sequence-based data, that the higher detection rate is mainly due to superior detection of Plasmodium spp. infections, which often are of low intensity and, therefore, hard to detect with other methods.

We approach the field of stress immunology from an ecological point of view and ask: why should a heavy physical workload, for example as a result of a high reproductive effort, compromise immune function? We argue that immunosuppression by neuroendocrine mechanisms, such as stress hormones, during heavy physical workload is adaptive, and consider two different ultimate explanations of such immunosuppression. First, several authors have suggested that the immune system is suppressed to reallocate resources to other metabolic demands. In our view, this hypothesis assumes that considerable amounts of energy or nutrients can be saved by suppressing the immune system; however, this assumption requires further investigation. Second, we suggest an alternative explanation based on the idea that the immune system is tightly regulated by neuroendocrine mechanisms to avoid hyperactivation and ensuing autoimmune responses. We hypothesize that the risk of autoimmune responses increases during heavy physical workload and that the immune system is suppressed to counteract this.

Chronic malaria shortens telomeres Chronic infections are assumed to cause little damage to the host, but is this true? Migrant birds can pick up various species of malaria parasite while overwintering in the tropics. After initial acute malaria, migrant great reed warblers, which nest in Sweden and overwinter in Africa, are asymptomatically infected for life. Asghar et al. discovered that these cryptically infected birds laid fewer eggs and were less successful at rearing healthy offspring than uninfected birds. Furthermore, infected birds had significantly shorter telomeres (the protective caps on the ends of chromosomes) and produced chicks with shortened telomeres. Science , this issue p. 436

ABSTRACT How the avian sex chromosomes first evolved from autosomes remains elusive as 100 million years (Myr) of divergence and degeneration obscure their evolutionary history. Sylvioidea songbirds is an emerging model for understanding avian sex chromosome evolution because a unique chromosome fusion event ∼24 Myr ago has formed enlarged “neo-sex chromosomes” consisting of an added (new) and an ancestral (old) part. Here, we report the female genome (ZW) of one Sylvioidea species, the great reed warbler ( Acrocephalus arundinaceus ). We confirm that the added region has been translocated to both Z and W, and show that the added-W part has been heavily reorganised within itself and with the ancestral-W. Next, we show that recombination between Z and W continued after the fusion event, and that recombination suppression took ∼10 Myr to be completed and arose locally and non-linearly along the sex chromosomes. This pattern is inconsistent with that of large inversions and instead suggests gradual and mosaic recombination suppression. We find that the added-W mirrors the ancestral-W in terms of repeat accumulation, loss of genetic variation, and gene degeneration. Lastly, we show that genes being maintained on W are slowly evolving and dosage sensitive, and that highly conserved genes across broad taxonomic groups, regardless of sex-linkage, evolve slower on both Z and W. This study reveals complex expansion of recombination suppression along avian sex chromosomes, and that the evolutionary trajectory of sex-linked genes is highly predictable and governed partly by sex-linkage per se , partly by their functional properties.

Abstract Recombination plays a crucial role in evolution by generating novel haplotypes and disrupting linkage between genes, thereby enhancing the efficiency of selection. Here, we analyse the genomes of twelve great reed warblers ( Acrocephalus arundinaceus ) in a three-generation pedigree to identify precise crossover positions along the chromosomes. We located more than 200 crossovers and found that these were highly concentrated towards the telomeric ends of the chromosomes. While the number of recombination events was similar between the sexes, the crossovers were located significantly closer to the ends of paternal compared to maternal chromosomes. The frequency of crossovers was similar between intergenic and genic regions, but within genes, they occurred more frequently in exons than in introns. In conclusion, our study of the great reed warbler revealed substantial variation in crossover frequencies within chromosomes, with a distinct bias towards the sub-telomeric regions, particularly on the paternal side. These findings emphasise the importance of thoroughly screening the entire length of chromosomes to characterise the recombination landscape and uncover potential sex-biases in recombination. Article summary The genetic exchange between the paternal and maternal chromosomes during meiosis – recombination – plays a crucial role in evolution by generating new haplotypes that natural selection can act upon. By analysing genomic data of a three-generation family of great reed warblers, we detected precise locations of approximately 200 recombination events in the genome of these birds. This unveiled a prominent sex-bias with recombination occurring more often towards chromosome ends in males than in females.

Major histocompatibility complex (MHC) genes play a central role for pathogen recognition by the adaptive immune system. The MHC genes are often duplicated and tightly linked within a small genomic region. This structural organization suggests that natural selection acts on the combined property of multiple MHC gene copies in segregating haplotypes, rather than on single MHC genes. This may have important implications for analyses of patterns of selection on MHC genes. Here, we present a computer-assisted protocol to infer segregating MHC haplotypes from family data, based on functions in the R package MHCtools. We employed this method to identify 107 unique MHC class I (MHC-I) haplotypes in 116 families of wild great reed warblers (Acrocephalus arundinaceus). In our data, the MHC-I genes were tightly linked in haplotypes and inherited as single units, with only two observed recombination events among 334 offspring. We found substantial variation in the number of different MHC-I alleles per haplotype, and the divergence between alleles in MHC-I haplotypes was significantly higher than between randomly assigned alleles in simulated haplotypes. This suggests that selection has favored non-random associations of divergent MHC-I alleles in haplotypes to increase the range of pathogens that can be recognized by the adaptive immune system. Further studies of selection on MHC haplotypes in natural populations is an interesting avenue for future research. Moreover, inference and analysis of MHC haplotypes offers important insights into the structural organization of MHC genes, and may improve the accuracy of the MHC region in de novo genome assemblies.

Abstract Major Histocompatibility Complex (MHC) polymorphism is maintained by balancing selection through host-pathogen interactions and mate choice. MHC-based mate choice has been proposed across a wide range of vertebrates. However, the likelihood of its existence in songbirds has been questioned because of their poorly developed olfactory sense, which is a trait considered crucial in pre-copulatory mate choice to determine both own MHC and the MHC of putative partners. In this study, we show that female reed warblers, Acrocephalus scirpaceus , with extra-pair young in their nests have a lower MHC class I (MHC-I) dissimilarity with their social mate than females without extra-pair young in their nests. We also show that the MHC-I dissimilarity of successfully siring extra-pair males is not different from that of either the other males with territories surrounding the social nest ( i.e. putative extra-pair males) or the pairs without extra-pair young in their nests. Taken together with the observation that extra-pair mating in reed warblers is common, we argue that these results support a scenario where extra-pair mating is more likely to lead to successful fertilisation when there is a high similarity in MHC-I between the female and her social male. Furthermore, as our data suggest that extra-pair mating at random can result in a higher MHC-I dissimilarity this scenario does not require any active female mate choice for MHC-I dissimilar males to drive this pattern.