ABSTRACT The iris of the eye shows striking color variation across vertebrate species, and may play important roles in crypsis and communication. The domestic pigeon ( Columba livia) has three common iris colors, orange, pearl (white), and bull (dark brown), segregating in a single species, thereby providing a unique opportunity to identify the genetic basis of iris coloration. We used comparative genomics and genetic mapping in laboratory crosses to identify two candidate genes that control variation in iris color in domestic pigeons. We identified a nonsense mutation in the solute carrier SLC2A11B that is shared among all pigeons with pearl eye color, and a locus associated with bull eye color that includes EDNRB2 , a gene involved in neural crest migration and pigment development. However, bull eye is likely controlled by a heterogeneous collection of alleles across pigeon breeds. We also found that the EDNRB2 region is associated with regionalized plumage depigmentation (piebalding). Our results establish a genetic link between iris and plumage color, two traits that were long known by pigeon breeders to co-occur, and demonstrate the importance of gene duplicates in establishing possibilities and constraints in the evolution of color and color pattern among vertebrates.

Summary Vertebrate craniofacial morphogenesis is a highly orchestrated process that is directed by evolutionarily conserved developmental pathways 1,2 . Within species, canalized developmental programs typically produce only modest morphological variation. However, as a result of millennia of artificial selection, the domestic pigeon ( Columba livia ) displays radical variation in craniofacial morphology within a single species. One of the most striking cases of pigeon craniofacial variation is the short beak phenotype, which has been selected in numerous breeds. Classical genetic experiments suggest that pigeon beak length is regulated by a small number of genetic factors, one of which is sex-linked ( Ku2 locus) 3–5 . However, the molecular genetic underpinnings of pigeon craniofacial variation remain unknown. To determine the genetic basis of the short beak phenotype, we used geometric morphometrics and quantitative trait loci (QTL) mapping on an F 2 intercross between a short-beaked Old German Owl (OGO) and a medium-beaked Racing Homer (RH). We identified a single locus on the Z-chromosome that explains a majority of the variation in beak morphology in the RH x OGO F 2 population. In complementary comparative genomic analyses, we found that the same locus is also strongly differentiated between breeds with short and medium beaks. Within the differentiated Ku2 locus, we identified an amino acid substitution in the non-canonical Wnt receptor ROR2 as a putative regulator of pigeon beak length. The non-canonical Wnt (planar cell polarity) pathway serves critical roles in vertebrate neural crest cell migration and craniofacial morphogenesis 6,7 . In humans, homozygous ROR2 mutations cause autosomal recessive Robinow syndrome, a rare congenital disorder characterized by skeletal abnormalities, including a widened and shortened facial skeleton 8,9 . Our results illustrate how the extraordinary craniofacial variation among pigeons can reveal genetic regulators of vertebrate craniofacial diversity.

The domestic rock pigeon (Columba livia) is among the most widely distributed and phenotypically diverse avian species. C. livia is broadly studied in ecology, genetics, physiology, behavior, and evolutionary biology, and has recently emerged as a model for understanding the molecular basis of anatomical diversity, the magnetic sense, and other key aspects of avian biology. Here we report an update to the C. livia genome reference assembly and gene annotation dataset. Greatly increased scaffold lengths in the updated reference assembly, along with an updated annotation set, provide improved tools for evolutionary and functional genetic studies of the pigeon, and for comparative avian genomics in general.

Pigeons and doves (family Columbidae) are one of the most diverse extant avian lineages, and many species have served as key models for evolutionary genomics, developmental biology, physiology, and behavioral studies. Building genomic resources for colubids is essential to further many of these studies. Here, we present high-quality genome assemblies and annotations for two columbid species, Columba livia and C. guinea. We simultaneously assembled C. livia and C. guinea genomes from long-read sequencing of a single F1 hybrid individual. The new C. livia genome assembly (Cliv_3) shows improved completeness and contiguity relative to Cliv_2.1, with an annotation incorporating long-read IsoSeq data for more accurate gene models. Intensive selective breeding of C. livia has given rise to hundreds of breeds with diverse morphological and behavioral characteristics, and Cliv_3 offers improved tools for mapping the genomic architecture of interesting traits. The C. guinea genome assembly is the first for this species and is a new resource for avian comparative genomics. Together, these assemblies and annotations provide improved resources for functional studies of columbids and avian comparative genomics in general.