We examined the evolutionary and developmental responses of body size to temperature in Drosophila melanogaster, using replicated lines of flies that had been allowed to evolve for 5 yr at 25°C or at 16.5°C. Development and evolution at the lower temperature both resulted in higher thorax length and wing area. The evolutionary effect of temperature on wing area was entirely a consequence of an increase in cell area. The developmental response was mainly attributable to an increase in cell area, with a small effect on cell number in males. Given its similarity to the evolutionary response, the increase in body size and cell size resulting from development at low temperature may be a case of adaptive phenotypic plasticity. The pattern of plasticity did not evolve in response to temperature for any of the traits. The selective advantage of the evolutionary and developmental responses to temperature is obscure and remains a major challenge for future work.

Abstract Selfish genetic elements that gain a transmission advantage through the destruction of sperm have grave implications for drive male fertility. In the X-linked SR meiotic drive system of a stalk-eyed fly, we found that drive males have greatly enlarged testes and maintain high fertility despite the destruction of half their sperm, even when challenged with fertilising large numbers of females. Conversely, we observed reduced allocation of resources to the accessory glands that probably explains the lower mating frequency of SR males. Body size and eyespan were also reduced, which are likely to impair viability and pre-copulatory success. We discuss the potential evolutionary causes of these differences between drive and standard males.

Abstract The amount of genetic variation for fitness within populations tends to exceed that expected under mutation-selection-drift balance. Several mechanisms have been proposed to actively maintain polymorphism and account for this discrepancy, including antagonistic pleiotropy (AP), where allelic variants have opposing effects on different components of fitness. Here we identify a non-coding indel polymorphism in the fruitless gene of Drosophila melanogaster and measure survival and reproductive components of fitness in males and females of replicate lines carrying one or the other allele. Expressing the fruitless region in a hemizygous state we observe a pattern of AP, with one allele resulting in greater reproductive fitness while the other confers greater survival to adulthood. Different fitness effects were observed in an alternative genetic background, suggesting widespread epistatic effects. Our findings link sequence-level variation at a single locus with complex effects on a range of fitness components, thus helping to explain the maintenance of genetic variation for fitness. Transcription factors, such as fruitless , may be prime candidates for targets of balancing selection since they interact with multiple target loci and their associated phenotypic effects.

SR meiotic drive is a selfish genetic element located on the X chromosome in a number of species that causes dysfunction of Y-bearing sperm. SR is transmitted to up to 100% of offspring, causing extreme sex ratio bias. SR in several species is found in a stable polymorphism at a moderate frequency, suggesting there must be strong frequency-dependent selection resisting its spread. We investigate the effect of SR on female and male egg-to-adult viability in the Malaysian stalk-eyed fly, Teleopsis dalmanni . SR meiotic drive in this species is old, and appears to be broadly stable at a moderate (~20%) frequency. We use large-scale controlled crosses to estimate the strength of selection acting against SR in female and male carriers. We find that SR reduces the egg-to-adult viability of both sexes. In females, homozygous females experience greater reduction in viability ( s f = 0.242) and the deleterious effects of SR are additive (ℎ = 0.511). The male deficit in viability ( s m = 0.214) is not different from that in homozygous females. The evidence does not support the expectation that deleterious side-effects of SR are recessive or sex-limited. We discuss how these reductions in egg-to-adult survival, as well as other forms of selection acting on SR, act to maintain SR polymorphism in this species.

We studied male mate preference in stalk-eyed flies. This species suffers from meiotic drive, a selfish genetic element that causes a reduction in sperm production and organismal fitness. We predicted that males with meiotic drive would show weak mate preference. Males preferred to mate with large females, but there was no difference in the strength of preference between drive and non-drive males. Males with larger eyespan showed stronger mate preference. Meiotic drive males usually have reduced eyespan so on average they exert weaker sexual selection on females, but this is mediated by eyespan, not genotype per se.

The sexes perform different reproductive roles and have evolved sometimes strikingly different phenotypes. One focal point of adaptive divergence occurs in the context of diet and metabolism, and males and females of a range of species have been shown to require different nutrients to maximise their fitness. Biochemical analyses in Drosophila melanogaster have confirmed that dimorphism in dietary requirements is associated with molecular sex-differences in metabolite titres. In addition, they also showed significant within-sex genetic variation in the metabolome. To date however, it is unknown whether this metabolic variation translates into differences in reproductive fitness. The answer to this question is crucial to establish whether genetic variation is selectively neutral or indicative of constraints on sex-specific physiological adaptation and optimisation. Here we assay genetic variation in consumption and metabolic fitness effects by screening male and female fitness of thirty D. melanogaster genotypes across four protein-to-carbohydrate ratios. In addition to confirming sexual dimorphism in consumption and fitness, we find significant genetic variation in male and female dietary requirements. Importantly, these differences are not explained by feeding responses and most likely reflect metabolic variation that, in turn, suggest the presence of genetic constraints on metabolic dimorphism.

Abstract The maternal inheritance of mitochondrial genomes entails a sex-specific selective sieve, whereby mutations in mitochondrial DNA can only respond to selection acting directly on females. In theory, this enables male-harming mutations to accumulate in mitochondrial genomes if they are neutral, beneficial, or only slightly deleterious to females. Ultimately, this bias could drive the evolution of male-specific mitochondrial mutation loads, an idea known as mother’s curse. Earlier work on this hypothesis has mainly used small Drosophila panels, in which naturally-sourced mitochondrial genomes were coupled to an isogenic nuclear background. However, the lack of nuclear genetic variation has precluded robust generalization. Here we test the predictions of mother’s curse using a large Drosophila mito-nuclear genetic panel, comprising 9 isogenic nuclear genomes coupled to 9 mitochondrial haplotypes, giving a total of 81 different mito-nuclear genotypes. This enables systematic testing of both mito-nuclear interactions and mitochondrial genetic variance. Following a predictive framework, we performed a screen for wing centroid size, as this trait is highly sexually dimorphic and depends on metabolic function. We confirmed that the trait is sexually dimorphic, and show high levels of mito-nuclear epistasis. Importantly, we report that mitochondrial genetic variance has a greater impact on male versus female Drosophila , in 8 out of the 9 nuclear genetic backgrounds. These results demonstrate that the maternal inheritance of mitochondrial DNA does indeed modulate male life-history traits in a more generalisable way than previously envisaged.

There is considerable debate over the value of male sexual ornaments as signals of genetic quality. Studies alternately report that environmental variation enhances or diminishes the genetic signal, or leads to crossover where genotypes perform well in one environment but poorly in another. A unified understanding is lacking. We conduct the first experimental test examining the dual effects of distinct low and high genetic quality (inbred versus crossed parental lines) and low, through high, to extreme environmental stress (larval diets) on a condition-dependent male ornament. We find that differences in genetic quality signalled by the ornament (male eyespan in Diasemopsis meigenii stalk-eyed flies) become visible and are amplified under high stress but are overwhelmed in extreme stress environments. Variance among distinct genetic lines increases with environmental stress in both genetic quality classes, but at a slower rate in high quality outcrossed flies. Individual genetic lines generally maintain their ranks across environments, except among high quality lines under low stress conditions, where low genetic variance precludes differentiation between ranks. Our results provide a conceptual advance, demonstrating a unified pattern for how genetic and environmental quality interact. They show when environmental conditions lead to the amplification of differences in signals of genetic quality and thereby enhance the potential indirect genetic benefits gained by female mate choice.

Sexual antagonism (SA) arises when male and female phenotypes are under opposing selection, yet genetically correlated. Until resolved, antagonism limits evolution towards optimal sex-specific phenotypes. Despite its importance for sex-specific adaptation and existing theory, the dynamics of SA resolution are not well understood empirically. Here, we present data from Drosophila melanogaster, compatible with a resolution of SA. We compared two independent replicates of the 'LHM' population in which SA had previously been described. Both had been maintained under identical, controlled conditions, and separated for <250 generations. Although heritabilities of male and female fitness were similar, the inter-sexual genetic correlation differed significantly, being negative in one replicate (indicating SA) but close to zero in the other. Using population sequencing, we show that phenotypic differences were associated with population divergence in allele frequencies at non-random loci across the genome. Large frequency changes were more prevalent in the population without SA and were enriched at loci mapping to genes previously shown to have a sexually antagonistic relationships between expression and fitness. Our data suggest that rapid evolution towards SA resolution has occurred in one of the populations and open avenues towards studying the genetics of SA and its resolution.