Flies, like all animals, need to find suitable and safe food. Because the principal food source for Drosophila melanogaster is yeast growing on fermenting fruit, flies need to distinguish fruit with safe yeast from yeast covered with toxic microbes. We identify a functionally segregated olfactory circuit in flies that is activated exclusively by geosmin. This microbial odorant constitutes an ecologically relevant stimulus that alerts flies to the presence of harmful microbes. Geosmin activates only a single class of sensory neurons expressing the olfactory receptor Or56a. These neurons target the DA2 glomerulus and connect to projection neurons that respond exclusively to geosmin. Activation of DA2 is sufficient and necessary for aversion, overrides input from other olfactory pathways, and inhibits positive chemotaxis, oviposition, and feeding. The geosmin detection system is a conserved feature in the genus Drosophila that provides flies with a sensitive, specific means of identifying unsuitable feeding and breeding sites.PaperFlickeyJraWQiOiI4ZjUxYWNhY2IzYjhiNjNlNzFlYmIzYWFmYTU5NmZmYyIsImFsZyI6IlJTMjU2In0.eyJzdWIiOiI2MjYyZThjOGVjM2ZkMzEwY2U5ZTcxYWU2ODljNDdhNiIsImtpZCI6IjhmNTFhY2FjYjNiOGI2M2U3MWViYjNhYWZhNTk2ZmZjIiwiZXhwIjoxNjc4NDAxNTg2fQ.Dau4M_nFmc2p4BNor12FkAO7h6xUns5_Ga5KUaMIXU3gxqqpy-Im5aMlhrQLc230VJtuygkA9SMZ9z-1UEP5XqwuB5z9E-3_0wp3fi7FKT9mbTYrMhRhxQNDmDlGZ-3uNyCqPHYMHpiqzLIiVMJ1vCfGVusv8JUTmTfTsni-YoV5JPWxu440VybKLKF8I94smNhGkMWyfVCm7VOa6Z64aj4Dh51JrUE5GjaRBrYVGqucpNBZEWZP4AfBSCOQc3XRylMtVXzNgToaWVUGpsFT9Y2qHcOK-PKAwhFYy5XdF_fs7S04UXoUQAUqyPBJBOBLg5xstLlmTtElFOsM2GmTIw(mp4, (13.55 MB) Download video

Insects use sex pheromones as a reproductive isolating mechanism to attract conspecifics and repel heterospecifics. Despite the profound knowledge of sex pheromones, little is known about the coevolutionary mechanisms and constraints on their production and detection. Using whole-genome sequences to infer the kinship among 99 drosophilids, we investigate how phylogenetic and chemical traits have interacted at a wide evolutionary timescale. Through a series of chemical syntheses and electrophysiological recordings, we identify 51 sex-specific compounds, many of which are detected via olfaction. Behavioral analyses reveal that many of the 42 male-specific compounds are transferred to the female during copulation and mediate female receptivity and/or male courtship inhibition. Measurement of phylogenetic signals demonstrates that sex pheromones and their cognate olfactory channels evolve rapidly and independently over evolutionary time to guarantee efficient intra- and inter-specific communication systems. Our results show how sexual isolation barriers between species can be reinforced by species-specific olfactory signals.

Abstract The theory of ecological divergence provides a useful framework to understand the adaptation of many species to anthropogenic (‘domestic’) habitats. The mosquito Aedes aegypti , a global vector of several arboviral diseases, presents an excellent study system. Ae. aegypti originated in African forests, but the populations that invaded other continents have specialized in domestic habitats. In its African native range, the species can be found in both forest and domestic habitats like villages. A crucial behavioral change between mosquitoes living in different habitats is their oviposition choices. Forest Ae. aegypti lay eggs in natural water containers like tree holes, while their domestic counterparts heavily rely on artificial containers such as plastic buckets. These habitat-specific containers likely have different environmental conditions, which could drive the incipient divergent evolution of oviposition in African Ae. aegypti . To examine this hypothesis, we conducted field research in two African locations, La Lopé, Gabon and Rabai, Kenya, where Ae. aegypti live in both forests and nearby villages. We first characterized a series of environmental conditions of natural oviposition sites, including physical characteristics, microbial density, bacterial composition, and volatile profiles. Our data showed that in both locations, environmental conditions of oviposition sites did differ between habitats. To examine potential behavioral divergence, we then conducted field and laboratory oviposition choice experiments to compare the oviposition preference of forest and village mosquitoes. The field experiment suggested that forest mosquitoes readily accepted artificial containers. In laboratory oviposition assays, forest and village mosquito colonies did not show a differential preference towards several conditions that featured forest versus village oviposition sites. Collectively, there is little evidence from our study that environmental differences lead to strong and easily measurable divergence in oviposition behavior between Ae. aegypti that occupy nearby forest and domestic habitats within Africa, despite clear divergence between African and non-African Ae. aegypti .

Signaling mechanisms underlying the sexual isolation of species are poorly understood. Using four subspecies of Drosophila mojavensis as a model, we identify two behaviorally active male-specific pheromones. One functions as a conserved male anti-aphrodisiac in all subspecies and acts via gustation. The second induces female receptivity via olfaction exclusively in the two subspecies that produce it. Genetic analysis of the cognate receptor for the olfactory pheromone indicates an important role for this sensory pathway in promoting sexual isolation of subspecies, in collaboration with auditory signals. Surprisingly, the peripheral sensory pathway detecting this pheromone is conserved molecularly, physiologically and anatomically across subspecies. These observations imply that subspecies-specific behaviors arise from differential interpretation of the same peripheral cue, reminiscent of sexually conserved detection but dimorphic interpretation of male pheromones in D. melanogaster . Our results reveal that, during incipient speciation, pheromone production, detection and interpretation do not necessarily evolve in a coordinate manner.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Mate recognition in animals evolves during niche adaptation and involves habitat and social olfactory signals. Drosophila melanogaster is attracted to fermenting fruit for feeding and egg-laying. We show that, in addition, female flies release a pheromone (Z)-4-undecenal (Z4-11Al), that elicits flight attraction in both sexes. The biosynthetic precursor of Z4-11Al is the cuticular hydrocarbon (Z,Z)-7,11-heptacosadiene (7,11-HD), which is known to afford reproductive isolation between the sibling species D. melanogaster and D. simulans. A pair of alternatively spliced receptors, Or69aB and Or69aA, is tuned to Z4-11Al and to food olfactory cues, respectively. These receptors are co-expressed in the same olfactory sensory neurons, and feed into a neural circuit mediating species-specific, long-range communication: the close relative D. simulans, which shares food resources and co-occurs with D. melanogaster, does not respond. That Or69aA and Or69aB have adopted dual olfactory traits highlights the interplay of habitat and social signals in mate finding. These olfactory receptor genes afford a collaboration between natural and sexual selection, which has the potential to drive phylogenetic divergence.

Abstract The agricultural pest Drosophila suzukii differs from most other Drosophila species in that it lays eggs in ripe, rather than overripe, fruit. Previously we showed that changes in bitter taste sensation accompanied this adaptation (Dweck et al., 2021). Here we show that D. suzukii has also undergone a variety of changes in sweet taste sensation. D. suzukii has a weaker preference than D. melanogaster for laying eggs on substrates containing all three primary fruit sugars: sucrose, fructose, and glucose. Major subsets of D. suzukii taste sensilla have lost electrophysiological responses to sugars. Expression of several key sugar receptor genes is reduced in the taste organs of D. suzukii . By contrast, certain mechanosensory channel genes, including nompC , are expressed at higher levels in the taste organs of D. suzukii , which has a higher preference for stiff substrates. Finally, we find that D. suzukii responds differently from D. melanogaster to combinations of sweet and mechanosensory cues. Thus, the two species differ in sweet sensation, mechanosensation, and their integration, which are all likely to contribute to the differences in their egg-laying preferences in nature.