On the maintenance of intrapopulation genetic variation: the interplay between sexual selection, chemical communication, and fitness in the wood tiger moth (Arctia plantaginis)

Abstract

The maintenance of intrapopulation phenotypic trait variation often is the result of the interplay between multiple selective forces. Genetic associations between color traits and life-history traits can create context-dependent advantages and affect intrapopulation dynamics. In the polymorphic wood tiger moth (Arctia plantaginis), the two male hindwing phenotypes (genotypes: WW/Wy = white, yy = yellow) show morph-linked advantages that are context-dependent across ecological contexts. Although female hindwing coloration spans continuously from yellow to red they genetically bear the same male color alleles. In this thesis, I investigated the potential contribution of sexual selection, chemical communication, and fitness of the different genetic color morphs (i.e., WW, Wy, yy) in maintaining the two male color morphs. Mate choice and mate recruitment were affected by context-dependent advantages. yy females were more attractive to males in high-density scenarios because of their early calling strategy that likely allowed them to outcompete WW and Wy females. WW females were, instead, more attractive when females were simultaneously calling, perhaps due to their longer calling duration. yy males were faster to reach females than white (WW, Wy) males in low-density scenarios, while white males and males with denser antennae (i.e., higher lamellae count) located females faster in high-density scenarios. At the reproductive level, males and females showed genotype-specific (dis)advantages. Wy females benefit from higher likelihood of reproductive output among female genotypes leading to strong heterozygote advantage. yy males had the lowest reproductive output among male genotypes while pairs with yellow females suffered the lowest mating success. The presence of one or two copies of the yellow allele affected several life-history traits, from pre- to post-copulatory stages. Thus, the color locus has pleiotropic effects on several life-history traits, offering a mechanism of balancing selection that enables the persistence of genetic and phenotypic variation in natural populations. Keywords: Balancing selection; heterozygote advantage; pleiotropy; receiver antenna variation; signaling strategy variation; wood tiger mothPopulaation geneettistä muuntelua ylläpitävät useiden valintapaineiden yhteisvaikutukset. Ominaisuuksien geneettinen kytkeytyminen elinkierto-piirteiden välillä ja niiden kelpoisuusvaikutukset voivat olla tilanteesta riippuen joko positiivisia tai negatiivisia. Nämä kytkeytymiset vaikuttavat siten geneetisen muuntelun dynamiikkaan. Polymorfisella täpläsiilikäs perhosella (Arctia plantaginis) koiraiden takasiipien kaksi värimuotoa (genotyypit: WW/Wy = valkoinen, yy = keltainen) ovat kytkeytyneet useisiin elinkierto-piirteisiin. Naaraat kantavat samoja alleeleja, mutta naaraiden takasiipien väritys vaihtelee tasaisesti keltaisesta punaiseen. Tässä tutkielmassa perehdyin näiden värimuotojen (WW, Wy, yy) välisiin eroihin seksuaalivalinnassa, kemiallisessa viestinnässä ja kelpoisuudessa sekä tutkin geenikytkentöjen roolia populaation polymorfisen muuntelun säilymisessä. Värimuotojen välillä oli eroja kumppaneiden houkuttelussa ja valinnassa: yy-naaraat houkuttelivat koiraita tehokkaammin korkeammissa koirastiheyksissä. Tämä johtui todennäköisesti erilaisista naaraiden strategioista: yy-naaraat aloittavat houkuttelun aiemmin kuin WW ja Wy genotyyppien naaraat ja saivat näin kilpailuedun. Toisaalta WW-naaraat pystyivät jatkamaan houkuttelua pidempään kuin yy-naaraat. Keltaiset (yy) koiraat löysivät naaraat valkoisia (WW, Wy) koiraita nopeammin matalammissa tiheyksissä, kun taas valkoiset koiraat sekä koiraat, joiden tuntosarvien aistinsolujen tiheys oli korkea, löysivät naaraat nopeammin korkeammissa tiheyksissä. Värigenotyyppien välillä oli myös lisääntymiseen liittyviä eroja, mikä viittaa voimakkaaseen heterotsygootin etuun: Wy-naaraiden lisääntymismenestys oli korkeampi kuin WW ja yy naaraiden. yy-naaraiden pariutumistodennäköisyys oli heikoin. Myös keltaisilla koirailla oli heikoin lisääntymismenestys. Keltaisen y-alleelin läsnäolo vaikutti siis negatiivisesti useisiin elinkierto-ominaisuuksiin. Värityksen määräävien alleelien pleiotrooppiset vaikutukset johtavat stabiloivaan valintaan, joka voi mahdollistaa genotyyppisen ja fenotyyppisen muuntelun säilymisen populaatiossa. Avainsanat: Heterotsygootin etu; pleiotropia; polymorfia; stabiloiva valint