Signals of demographic expansion in Drosophila virilis

Background. The pattern of genetic variation within and among populations of a species is strongly affected by its phylogeographic history. Analyses based on putatively neutral markers provide data from which past events, such as population expansions and colonizations, can be inferred. Drosophila virilis is a cosmopolitan species belonging to the virilis group, where divergence times between different phylads go back to the early Miocene. We analysed mitochondrial DNA sequence variation among 35 Drosophila virilis strains covering the species' range in order to detect demographic events that could be used to understand the present characteristics of the species, as well as its differences from other members of the group. Results. Drosophila virilis showed very low nucleotide diversity with haplotypes distributed in a star-like network, consistent with a recent world-wide exponential expansion possibly associated either with domestication or post-glacial colonization. All analyses point towards a rapid population expansion. Coalescence models support this interpretation. The central haplotype in the network, which could be interpreted as ancestral, is widely distributed and gives no information about the geographical origin of the population expansion. The species showed no geographic structure in the distribution of mitochondrial haplotypes, in contrast to results of a recent microsatellite-based analysis. Conclusion. The lack of geographic structure and the star-like topology depicted by the D. virilis haplotypes indicate a pattern of global demographic expansion, probably related to human movements, although this interpretation cannot be distinguished from a selective sweep in the mitochondrial DNA until nuclear sequence data become available. The particular behavioural traits of this species, including weak species-discrimination and intraspecific mate choice exercised by the females, can be understood from this perspective.peerReviewe

The first-generation Daphnia magna linkage map

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p><it>Daphnia magna </it>is a well-established model species in ecotoxicology, ecology and evolution. Several new genomics tools are presently under development for this species; among them, a linkage map is a first requirement for estimating the genetic background of phenotypic traits in quantitative trait loci (QTL) studies and is also very useful in assembling the genome. It also enables comparative studies between <it>D. magna </it>and <it>D. pulex</it>, for which a linkage map already exists.</p> <p>Results</p> <p>Here we describe the first genetic linkage map of <it>D. magna</it>. We generated 214 F2 (intercross) clonal lines as the foundation of the linkage analysis. The linkage map itself is based on 109 microsatellite markers, which produced ten major linkage groups ranging in size from 31.1 cM to 288.5 cM. The total size of this linkage map extends to 1211.6 Kosambi cM, and the average interval for the markers within linkage groups is 15.1 cM. The F2 clones can be used to map QTLs for traits that differ between the parental clones. We successfully mapped the location of two loci with infertility alleles, one inherited from the paternal clone (Iinb1) and the other from the maternal clone (Xinb3).</p> <p>Conclusions</p> <p>The <it>D. magna </it>linkage map presented here provides extensive coverage of the genome and a given density of markers that enable us to detect QTLs of moderate to strong effects. It is similar in size to the linkage map of <it>D. pulex</it>.</p

Genetic and phenotypic divergence in Drosophila virilis and D. montana

Tapahtuuko lajien toisistaan erillään olevien populaatioiden ilmiasuun liittyvien piirteiden eriytyminen populaatioiden geneettisen eriytymisen sivutuotteena vai nopeutuuko tällaisten piirteiden eriytyminen luonnonvalinnan tai seksuaalivalinnan vaikutuksesta? Tätä kysymystä Jarkko Routtu pohti väitöskirjassaan. Routtu tutki maapallon eri puolilta peräisin olevien mahlakärpäskantojen eriytymistä, D. virilis -lajilla koiraan kosintalaulun ja D. montana -lajilla koiraan kosintalaulun sekä siipien ja genitaalien koon ja muodon perusteella.- Erityisesti Drosophila montanalla seksuaalivalinnan vaikutus populaatioiden eriytymiseen on kiinnostavaa, koska tämän lajin naaraat ovat mieltyneet koiraan tietyntyyppiseen kosiolauluun, Routtu kertoo.D. viriliksellä kärpäskantojen geneettinen erilaistuminen ja laulujen eriytyminen eivät olleet edenneet yhdenmukaisesti, mikä viittaa siihen, että laulut eivät ole erilaistuneet pelkästään neutraalin geneettisen erilaistumisen sivutuotteena. D. montana –lajin populaatiot poikkesivat toisistaan sekä lauluun liittyvien ominaisuuksien että siipien ja genitaalien koon ja muodon suhteen. Eri ominaisuuksissa havaittu populaatioiden välinen näkyvissä ominaisuuksissa tapahtunut eriytyminen ei ollut kulkenut samaan tahtiin populaatioiden genotyyppisen eriytymisen kanssa, vaan niiden evoluutio oli tapahtunut selkeästi erilaisten valintapaineiden, kuten seksuaalisen valinnan tai luonnonvalinnan, alla.D. virilis esiintyy pohjoisella pallonpuoliskolla ihmisen seuralaislajina 30 leveyspiirin alapuolella esimerkiksi panimoissa, leipomoissa tai lautatarhoissa. D. montana esiintyy 40 leveyspiirin pohjoispuolella sekä Euraasiassa että Pohjois-Amerikassa boreaalisella metsävyöhykkeellä järvien, jokien ja purojen rannoilla. Tutkimuksessa käytetyt kannat on kerätty luonnosta ja osaa niistä on säilytetty laboratoriossa useita sukupolvia. Arvokkaita luonnonpopulaatiota kerättiin D. viriliksellä Kiinasta ja Japanista ja D. montanalla Suomesta, Kanadasta ja Yhdysvalloista. Mahlakärpäsillä voi tutkia ilmiöitä mittakaavassa, joka ei ole mahdollinen monille muille tutkimuseliöille.Drosophila virilis ja D. montana -lajien mahlakärpästen geneettinen eriytyminen on tapahtunut eri tahtiin johtuen osittain kärpästen erilaisista elinpiireistä. Ihmisen seuralaislajin, D. viriliksen, eri maantieteellisiltä alueilta peräisin olevat kärpäskannat eivät erotu toisistaan mitokondriaalisen DNAn osalta. Tämän lajin leviäminen ja populaatioiden koon kasvu on todennäköisesti tapahtunut ihmispopulaatioiden kasvun ja uudelle mantereelle levittäytymisen myötä. Lajien myöhemmästä evoluutiosta kertova mikrosatelliittianalyysi ryhmittelee D. virilis -lajin kannat maantieteellisen alkuperän mukaan neljään ryhmään, mikä viittaa populaatioiden viime aikoina tapahtuneeseen erilaistumiseen. Luonnossa vesistöjen äärellä elävän D. montana –lajin Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa elävät populaatiot ovat eriytyneet toisistaan sekä mitokondriaalisen DNAn että mikrosatelliittialleelien osalta, eurooppalaisen populaation edustaessa alkuperäisen populaation tyyppiä. Viimeisessä osatutkimuksessa Routtu kehitti pohjoiseurooppalaisille D. virilis -ryhmän lajeille lajintunnistusmenetelmän helpottamaan luonnosta kerättyjen yksilöiden tunnistusta ja mahdollisesti väärin tunnistettujen laboratoriokantojen identifioimista. Menetelmä perustuu kaikissa D. virilis -ryhmän lajeissa monistuvien polymorfisten mikrosatelliittien käyttöön. Tasaisesti koko genomiin jakautuneet merkkigeenit selkeyttävät D. virilis -ryhmän lajien keskinäisiä sukulaisuussuhteita. Näitä molekyylimerkkigeenejä voi myös käyttää mm. isyystutkimuksiin ja geenien paikallistamiseen samoin kuin luonnonpopulaatioiden laajamittaiseen tutkimiseen.Useammanlaisten merkkigeenien (esim. mitokondriaalisen DNAn ja mikrosatelliitit) yhtäaikainen käyttö antaa hyvän kuvan lajien eri alueille levinneiden populaatioiden historiasta ja sukulaisuussuhteista. Tällainen tutkimus mahdollistaa esim. morfologisten ja käyttäytymiseen liittyvien piirteiden evoluutioon liittyvien valintapaineiden jäljittämisen.Genetic and phenotypic differentiation of Drosophila virilis and D. montana populations has proceeded along evolutionarily different pathways. D. virilis, “a human commensal”, does not show clear diversity or population structure in mtDNA haplotypes, which refers to population growth. Microsatellites group the laboratory strains of this species into four clusters according to their geographical origin, indicating recent population differentiation. In contrast, D. montana, a “wild” species, has populations in Europe and North-America that are genetically diverged. In this species the mtDNA haplotypes are mixed among the two North-American populations, while microsatellites separate all study populations from each other. The courtship songs of the D. virilis laboratory strains showed significant inter-strain and geographic variation in several song traits. The genetic distances and the song divergence of the strains did not show significant association, which suggests that the songs have not diverged solely as a side-effect of genetic divergence. In D. montana the songs of the laboratory strains from different continents showed the highest divergence in song frequency, while the songs of the wild populations varied most prominently in the remaining pulse characters. D. montana populations also demonstrated divergence in male wing and genital morphology. The phenotypic divergence among populations did not coincide with the extent of their genetic divergence, suggesting that the first-mentioned traits are not evolving neutrally. Finally, we constructed a species recognition method for North European D. virilis group species to ease the identification of wild collected flies and to detect possible misclassifications of laboratory strains

Data from: Genetic architecture of resistance in Daphnia hosts against two species of host-specific parasites

Understanding the genetic architecture of host resistance is key for understanding the evolution of host–parasite interactions. Evolutionary models often assume simple genetics based on few loci and strong epistasis. It is unknown, however, whether these assumptions apply to natural populations. Using a quantitative trait loci (QTL) approach, we explore the genetic architecture of resistance in the crustacean Daphnia magna to two of its natural parasites: the horizontally transmitted bacterium Pasteuria ramosa and the horizontally and vertically transmitted microsporidium Hamiltosporidium tvaerminnensis. These two systems have become models for studies on the evolution of host–parasite interactions. In the QTL panel used here, Daphnia’s resistance to P. ramosa is controlled by a single major QTL (which explains 50% of the observed variation). Resistance to H. tvaerminnensis horizontal infections shows a signature of a quantitative trait based in multiple loci with weak epistatic interactions (together explaining 38% variation). Resistance to H. tvaerminnensis vertical infections, however, shows only one QTL (explaining 13.5% variance) that colocalizes with one of the QTLs for horizontal infections. QTLs for resistance to Pasteuria and Hamiltosporidium do not colocalize. We conclude that the genetics of resistance in D. magna are drastically different for these two parasites. Furthermore, we infer that based on these and earlier results, the mechanisms of coevolution differ strongly for the two host–parasite systems. Only the Pasteuria–Daphnia system is expected to follow the negative frequency-dependent selection (Red Queen) model. How coevolution works in the Hamiltosporidium–Daphnia system remains unclear

SNP array based linkage map

Genotypes of F2 panel clone

Parasite resistance and tolerance in honeybees at the individual and social level

Organisms living in large groups, such as social insects, are particularly vulnerable to parasite transmission. However, they have evolved diverse defence mechanisms which are not only restricted to the individual’s immune response, but also include social defences. Here, we review cases of adaptations at the individual and social level in the honeybee Apis mellifera against the ectoparasitic mite Varroa destructor and the endoparasitic microsporidians Nosema ceranae and Nosema apis. They are considered important threats to honeybee health worldwide. We highlight how individual resistance may result in tolerance at the colony level and vice versa.The Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG;Priority Programme SPP 1399; grant number MO373/26-2).http://www. els evier.com/locate/zoolhb2016Zoology and Entomolog

QTL mapping of a natural genetic polymorphism for long-term parasite persistence in Daphnia populations

Knowing the determinants of the geographic ranges of parasites is important for understanding their evolutionary ecology, epidemiology and their potential to expand their range. Here we explore the determinants of geographic range in the peculiar case of a parasite species - the microsporidian Hamiltosporidium tvaerminnensis - that has a limited geographic distribution in a wide-spread host - Daphnia magna. We conducted a quantitative trait loci (QTLs) analysis with monoclonal F2D. magna populations originating from a cross between a susceptible northern European genotype and a resistant central European genotype. Contrary to our expectations, long-term persistence turned out to be a quantitative trait across the F-2 offspring. Evidence for two QTLs, one epistatic interaction and for further minor QTL was found. This finding contrasts markedly with the previously described bimodal pattern for long-term parasite persistence in natural host genotypes across Europe and leaves open the question of how a quantitative genetic trait could determine the disjunct geographic distribution of the parasite across Europe