Abstract When exposed to low temperature, homeothermic vertebrates maintain internal body temperature by activating thermogenesis and by altered metabolism, synchronized by neuroendocrine responses. Although such physiological responses also occur in poikilothermic vertebrates, the prevailing notion is that their reactions are passive. Here, we explored molecular hypothalamic and physiological responses to cold stress in the tropical poikilotherm Nile tilapia ( Oreochromis niloticus ). We show that cold exposed tilapia exhibit complex homeostatic responses, including increased hypothalamic oxytocin, plasma glucose and cortisol concomitant with reduced plasma lactate and metabolic rate. Pharmacological or genetic blockage of oxytocin signaling further affected metabolic rate in two cold-exposed poikilothermic models. This indicates that oxytocin, a known thermoregulator in homeotherms, actively regulates temperature-related homeostasis in poikilotherms. Overall, our findings show that the brain of poikilotherms actively responds to cold temperature by regulating metabolic physiology. Moreover, we identify oxytocin signaling as an adaptive and evolutionarily conserved metabolic regulator of temperature-related homeostasis.

Abstract Despite the high conservation of minor introns across eukaryotic supergroups, specific lineages have completely lost minor intron splicing, which has raised questions about their evolution and purpose. Addressing these questions requires identification of the introns that are affected by minor spliceosome inhibition. To this end, we applied principles of Linnaean taxonomy combined with position-weight matrices to produce five intron classes: minor, minor-like, hybrid, major-like and major. We classified introns across the genomes of 263 species of six eukaryotic supergroups, which can be viewed at the Minor Intron Database (MIDB). Transcriptomic analysis revealed that ∼40% of the minor introns are responsive to minor spliceosome inhibition, while an additional 5% of the minor-like and hybrid introns are also affected. We propose that minor-like introns represent an intermediate in the conversion of minor to major introns and uncover the importance of a guanine at the −1 position of the 5’ splice site in facilitating this shift in spliceosome dependence. Finally, we find that minor introns are aberrantly spliced in fish and plants upon cold stress, thereby providing a potential explanation for their high degree of conservation in these lineages.

The pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide receptor (PAC1, also known as ADCYAP1R1) is associated with post-traumatic stress disorder and modulation of stress response in general. Alternative splicing of PAC1 results in multiple gene products, which differ in their mode of signalling and tissue distribution. However, the roles of distinct splice variants in the regulation of stress behavior is poorly understood. Alternative splicing of a short exon, which is known as the “hop cassette”, occurs during brain development and in response to stressful challenges. To examine the function of this variant, we generated a splice-specific zebrafish mutant lacking the hop cassette, which we designated ‘ hopless’ . We show that hopless mutant larvae display increased anxiety-like behavior, including reduced dark exploration and impaired habituation to dark exposure. Conversely, adult hopless mutants displayed superior ability to rebound from an acute stressor, as they exhibited reduced anxiety- like responses to an ensuing novelty stress. We propose that the developmental loss of a specific PAC1 splice variant mimics prolonged mild stress exposure, which in the long term, predisposes the organism’s stress response towards a resilient phenotype. Our study presents a unique genetic model demonstrating how early-life state of anxiety paradoxically correlates with reduced stress susceptibility in adulthood.