Female mosquitoes are major vectors of human disease and the most dangerous are those that preferentially bite humans. A ‘domestic’ form of the mosquito Aedes aegypti has evolved to specialize in biting humans and is the main worldwide vector of dengue, yellow fever, and chikungunya viruses. The domestic form coexists with an ancestral, ‘forest’ form that prefers to bite non-human animals and is found along the coast of Kenya. We collected the two forms, established laboratory colonies, and document striking divergence in preference for human versus non-human animal odour. We further show that the evolution of preference for human odour in domestic mosquitoes is tightly linked to increases in the expression and ligand-sensitivity of the odorant receptor AaegOr4, which we found recognizes a compound present at high levels in human odour. Our results provide a rare example of a gene contributing to behavioural evolution and provide insight into how disease-vectoring mosquitoes came to specialize on humans. The mosquito Aedes aegypti includes two subspecies, one of which shows a preference for biting humans, whereas the other prefers to bite non-human animals; genetic analysis reveals that changes in the mosquito odorant receptor Or4 contribute to the behavioural difference—in human-preferring mosquitoes, Or4 is more highly expressed and more sensitive to sulcatone, a compound present at high levels in human odour. A 'domestic' form of the mosquito Aedes aegypti, which is the major worldwide vector of dengue, yellow fever and chikungya viruses, has evolved from an ancestral 'forest' form. The former preferentially bites humans, the latter avoids them. Leslie Vosshall and colleagues collected the two forms where they coexist in coastal Kenya, and document striking divergence in preference for human versus animal odour. The human-preferring mosquito carries a version of the olfactory receptor Or4 that is more highly expressed, with greater ligand sensitivity and that makes the mosquito more sensitive to sulcatone, a compound found at high concentration in human odour. This finding provides a rare example of a gene linked to the evolution of behaviour in natural populations.

Evading imminent predator threat is critical for survival. Effective defensive strategies can vary, even between closely related species. However, the neural basis of such species-specific behaviours is still poorly understood. Here we find that two sister species of deer mice (genus Peromyscus) show different responses to the same looming stimulus: P. maniculatus, which occupy densely vegetated habitats, predominantly dart to escape, while the open field specialist, P. polionotus, pause their movement. This difference arises from species-specific escape thresholds, is largely context-independent, and can be triggered by both visual and auditory threat stimuli. Using immunohistochemistry and electrophysiological recordings, we find that although visual threat activates the superior colliculus in both species, the role of the dorsal periaqueductal gray (dPAG) in driving behaviour differs. While dPAG activity scales with running speed and involves both excitatory and inhibitory neurons in P. maniculatus, the dPAG is largely silent in P. polionotus, even when darting is triggered. Moreover, optogenetic activation of excitatory dPAG neurons reliably elicits darting behaviour in P. maniculatus but not P. polionotus. Together, we trace the evolution of species-specific escape thresholds to a central circuit node, downstream of peripheral sensory neurons, localizing an ecologically relevant behavioural difference to a specific region of the complex mammalian brain.

Abstract The evolution of innate behaviors is ultimately due to genetic variation likely acting in the nervous system. Gene regulation may be particularly important because it can evolve in a modular brain-region specific fashion through the concerted action of cis - and trans -regulatory changes. Here, to investigate transcriptional variation and its regulatory basis across the brain, we perform RNA sequencing (RNA-Seq) on ten brain subregions in two sister species of deer mice ( Peromyscus maniculatus and P. polionotus ) – which differ in a range of innate behaviors, including their social system – and their F 1 hybrids. We find that most of the variation in gene expression distinguishes subregions, followed by species. Interspecific differential expression (DE) is pervasive (52–59% of expressed genes), whereas the number of DE genes between sexes is modest overall (∼3%). Interestingly, the identity of DE genes varies considerably across brain regions. Much of this modularity is due to cis -regulatory divergence, and while 43% of genes were consistently assigned to the same gene regulatory class across subregions (e.g., conserved, cis -, or trans -regulatory divergence), a similar number were assigned to two or more different gene regulatory classes. Together, these results highlight the modularity of gene expression differences and divergence in the brain, which may be key to explain how the evolution of brain gene expression can contribute to the astonishing diversity of animal behaviors.

Animals on islands often exhibit dramatic differences in morphology and behaviour compared to mainland individuals, a phenomenon known as the "island syndrome". These differences are thought to be adaptations to island environments, but the extent to which they have a genetic basis or instead represent plastic responses to environmental extremes is often unknown. Here, we revisit a classic case of island syndrome in deer mice (Peromyscus maniculatus) from British Columbia. We first show that Saturna Island mice and those from neighbouring islands are ~35% (~5g) heavier than mainland mice and diverged approximately 10 thousand years ago. We then established laboratory colonies and find that Saturna Island mice are heavier both because they are longer and have disproportionately more lean mass. These trait differences are maintained in second-generation captive-born mice raised in a common environment. In addition, island-mainland hybrids reveal a maternal genetic effect on body weight. Using behavioural testing in the lab, we also find that wild-caught island mice are less aggressive than mainland mice; however, lab-raised mice born to these founders do not differ in aggression. Together, our results reveal that these mice respond differently to environmental conditions on islands, evolving both heritable changes in a morphological trait and also expressing a plastic phenotypic response in a behavioural trait.

While some behaviours are largely fixed and invariant, others can respond flexibly to different social contexts. Here, we leverage the unique burrowing behaviour of deer mice (genus Peromyscus) to investigate if and how individuals of three species adapt their behaviour when digging individually versus with partners. First, we find that pairs of mice from monogamous (P. polionotus) but not promiscuous (P. maniculatus, P. leucopus) species cooperatively construct burrows that are approximately twice as long as those dug by individuals and similar in size to burrows found in the wild. However, the length of burrows built by P. polionotus pairs differs: opposite-sex pairs construct longer burrows than same-sex pairs. By designing a novel behavioural assay in which we can observe and measure burrowing behaviour directly, we find that longer burrows are achieved not by changing individual behaviour, but instead because opposite-sex pairs are more socially cohesive and thus more likely to dig simultaneously, which is a more efficient mode of burrow elongation. Thus, across social contexts, individual burrowing behaviour appears largely invariant, even when the resultant burrow from pairs of mice differs from expectation based on individual behaviour, underscoring the fixed nature of burrowing behaviour in Peromyscus mice.