Abstract Many animals produce distinct sounds or substrate-borne vibrations, but these signals have proved challenging to segment with automated algorithms. We have developed SongExplorer , a web-browser based interface wrapped around a deep-learning algorithm that supports an interactive workflow for (1) discovery of animal sounds, (2) manual annotation, (3) supervised training of a deep convolutional neural network, and (4) automated segmentation of recordings. Raw data can be explored by simultaneously examining song events, both individually and in the context of the entire recording, watching synced video, and listening to song. We provide a simple way to visualize many song events from large datasets within an interactive low-dimensional visualization, which facilitates detection and correction of incorrectly labelled song events. The machine learning model we implemented displays higher accuracy than existing heuristic algorithms and similar accuracy as two expert human annotators. We show that SongExplorer allows rapid detection of all song types from new species and of novel song types in previously well-studied species.

Abstract Background Many Drosophila species use acoustic communication during courtship and studies of these communication systems have provided insight into neurobiology, behavioral ecology, ethology, and evolution. Recording Drosophila courtship sounds and associated behavior is challenging, especially at high throughput, and previously designed devices are relatively expensive and complex to assemble. Results We present construction plans for a modular system utilizing mostly off-the-shelf, relatively inexpensive components that provides simultaneous high-resolution audio and video recording of 96 isolated or paired Drosophila individuals. We provide open-source control software to record audio and video. We designed high intensity LED arrays that can be used to perform optogenetic activation and inactivation of labelled neurons. The basic design can be modified to facilitate novel study designs or to record insects larger than Drosophila . Fewer than 96 microphones can be used in the system if the full array is not required or to reduce costs. Implications Our hardware design and software provide an improved platform for reliable and comparatively inexpensive high-throughput recording of Drosophila courtship acoustic and visual behavior and perhaps for recording acoustic signals of other small animals.

Species of the Drosophila melanogaster species subgroup, including the species D. simulans, D. mauritiana, D. yakuba, and D. santomea, have long served as model systems for studying evolution. Studies in these species have been limited, however, by a paucity of genetic and transgenic reagents. Here we describe a collection of transgenic and genetic strains generated to facilitate genetic studies within and between these species. We have generated many strains of each species containing mapped piggyBac transposons including an enhanced yellow fluorescent protein gene expressed in the eyes and a phiC31 attP site-specific integration site. We have tested a subset of these lines for integration efficiency and reporter gene expression levels. We have also generated a smaller collection of other lines expressing other genetically encoded fluorescent molecules in the eyes and a number of other transgenic reagents that will be useful for functional studies in these species. In addition, we have mapped the insertion locations of 58 transposable elements in D. virilis that will be useful for genetic mapping studies.

Abstract Homology-directed repair (HDR) is a powerful tool for modifying genomes in precise ways to address many biological questions. Use of Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats (CRISPR)-Cas9 induced targeted DNA double-strand breakage has substantially simplified use of homology-directed repair to introduce specific perturbations in Drosophila , but existing platforms for CRISPR-Cas9-mediated HDR in Drosophila involve multiple cloning steps and have low efficiency. To simplify cloning of HDR plasmids, we designed a new plasmid platform, the Janelia Atalanta (pJAT) series, that exploits recent advances in dsDNA synthesis to facilitate Gateway cloning of gRNA sequences and homology arms in one step. Surprisingly, the pJAT plasmids yielded considerably higher HDR efficiency (approximately 25%) than we have observed with other approaches. pJAT plasmids work in multiple Drosophila species and exhibited such high efficiency that previously impossible experiments in Drosophila , such as driving targeted chromosomal inversions, were made possible. We provide pJAT plasmids for a range of commonly performed experiments including targeted insertional mutagenesis, insertion of phiC31-mediated attP landing sites, generation of strains carrying a germ-line source of Cas9, and induction of chromosomal rearrangements. We also provide “empty” pJAT plasmids with multiple cloning sites to simplify construction of plasmids with new functionality. The pJAT platform is generic and may facilitate improved efficiency CRISPR-Cas9 HDR in a wide range of model and non-model organisms.

ABSTRACT The courtship song of Drosophila melanogaster has long served as excellent model system for studies of animal communication and differences in courtship song have been demonstrated among populations and between species. Here, we report that flies of African and European origin, which diverged approximately 13,000 years ago, show significant genetic differentiation in the use of slow versus fast pulse song. Using a combination of quantitative trait mapping and population genetic analysis we detected a single strong QTL underlying this trait and we identified candidate genes that may contribute to the evolution of this trait. Song trait variation between parental strains of our recombinant inbred panel enabled detection of genomic intervals associated with six additional song traits, some of which include known courtship-related genes. These findings improve the prospects for further genetic insights into the evolution of reproductive behavior and the biology underlying courtship song.