Abstract The lake sturgeon ( Acipenser fulvescens ) is an ancient, octoploid fish faced with conservation challenges across its range in North America but a lack of genomic resources has hindered molecular research in the species. To support such research we aimed to provide a transcriptomic database from 13 tissues: brain, esophagus, gill, head kidney, heart, white muscle, liver, glandular stomach, muscular stomach, anterior intestine, pyloric cecum, spiral valve, and rectum. The transcriptomes for each tissue were sequenced and assembled individually from a mean of 98.3 million (±38.9 million std. dev.) reads each. In addition, an overall transcriptome was assembled and annotated with all data used for each tissue-specific transcriptome. All assembled transcriptomes and their annotations were made publicly available as a scientific resource. The non-gut transcriptomes provide important resources for many research avenues, however, the gut represents a compartmentalized organ system with compartmentalized functions and the sequenced gut tissues were from each of these portions. Therefore, we focused our analysis on mRNA transcribed in different tissues of the gut and explored evidence of microbiome regulation. Gene set enrichment analyses were used to reveal the presence of photoperiod and circadian-related transcripts in the pyloric caecum, which may support periodicity in lake sturgeon digestion. Similar analyses were used to identify different types of innate immune regulation across the gut, while analyses of unique transcripts annotated to microbes revealed heterogeneous genera and genes among different gut tissues. The present results provide a scientific resource and information about the mechanisms of compartmentalized function across gut tissues in a phylogenetically ancient vertebrate.

Abstract The Arctic is the fastest‐warming region on the planet, and the lengthening ice‐free season is opening Arctic waters to sub‐Arctic species such as the killer whale ( Orcinus orca ). As apex predators, killer whales can cause significant ecosystem‐scale changes. Setting conservation priorities for killer whales and their Arctic prey species requires knowledge of their evolutionary history and demographic trajectory. Using whole‐genome resequencing of 24 killer whales sampled in the northwest Atlantic, we first explored the population structure and demographic history of Arctic killer whales. To better understand the broader geographic relationship of these Arctic killer whales to other populations, we compared them to a globally sampled dataset. Finally, we assessed threats to Arctic killer whales due to anthropogenic harvest by reviewing the peer‐reviewed and gray literature. We found that there are two highly genetically distinct, non‐interbreeding populations of killer whales using the eastern Canadian Arctic. These populations appear to be as genetically different from each other as are ecotypes described elsewhere in the killer whale range; however, our data cannot speak to ecological differences between these populations. One population is newly identified as globally genetically distinct, and the second is genetically similar to individuals sampled from Greenland. The effective sizes of both populations recently declined, and both appear vulnerable to inbreeding and reduced adaptive potential. Our survey of human‐caused mortalities suggests that harvest poses an ongoing threat to both populations. The dynamic Arctic environment complicates conservation and management efforts, with killer whales adding top‐down pressure on Arctic food webs crucial to northern communities' social and economic well‐being. While killer whales represent a conservation priority, they also complicate decisions surrounding wildlife conservation and resource management in the Arctic amid the effects of climate change.

Abstract Rising mean and variance in temperatures elevate threats to endangered freshwater species such as lake sturgeon, Acipenser fulvescens . Previous research demonstrated that higher temperatures during development result in physiological consequences for lake sturgeon populations throughout Manitoba, Canada, with alteration of metabolic rate, thermal tolerance, transcriptional responses, growth, and mortality. We acclimated lake sturgeon (30 – 60 days post fertilization, a period of high mortality) from northern and southern populations (56° 02′ 46.5″ N, 96° 54′ 18.6″ W and 50° 17′ 52″ N, 95° 32′ 51″ W respectively, separated by approximately 650 km) within Manitoba to current (summer highs of 20-23 ° C) and future projected (+2-3 ° C) environmental temperatures of 16, 20, and 24 ° C for 30 days, and measured gill transcriptional responses using RNAseq. Transcripts revealed SNPs consistent with genetically distinct populations and transcriptional responses altered by acclimation temperature. There were a higher number of differentially expressed transcripts observed in the southern, compared to the northern, population as temperatures increased, indicating enhanced transcriptional plasticity. Both lake sturgeon populations responded to elevated acclimation temperatures by downregulating the transcription of genes involved in protein synthesis and energy production. Further, there were population-specific thresholds for the downregulation of processes promoting transcriptional plasticity as well as mitochondrial function as the northern population showed decreases at 20 ° C, while this capacity was not diminished until 24 ° C in the southern population. These transcriptional responses highlight the molecular impacts of increasing temperatures for divergent lake sturgeon populations during vulnerable developmental periods and the critical influence of transcriptome plasticity on acclimation capacity.

Commercial whaling decimated many whale populations over several centuries. Bowhead whales ( Balaena mysticetus ) and narwhal ( Monodon monoceros ) have similar habitat requirements and are often seen together in the Canadian Arctic. Although their ranges overlap extensively, bowhead whales experienced significantly greater whaling pressure than narwhals. The different harvest histories but similar habitat requirements of these two species provide an opportunity to examine the demographic and genetic consequences of commercial whaling. We whole-genome resequenced Canadian Arctic bowhead whales and narwhals to delineate population structure and reconstruct demographic history. Bowhead whale effective population size sharply declined contemporaneously with the intense commercial whaling period. Narwhals instead exhibited recent growth in effective population size, reflecting limited opportunistic commercial harvest. Although the genetic diversity of bowhead whales and narwhals was similar, bowhead whales had more genetic diversity prior to commercial whaling and will likely continue to experience significant genetic drift in the future. In contrast, narwhals appear to have had long-term low genetic diversity and may not be at imminent risk of the consequences of the erosion of genetic diversity. This work highlights the importance of considering population trajectories in addition to genetic diversity when assessing the genetics of populations for conservation and management purposes.

The Arctic is the fastest-warming region on the planet, and sea ice loss has opened new habitat for sub-Arctic species such as the killer whale (Orcinus orca). As apex predators, killer whales can cause significant ecosystem-scale changes, however, we know very little about killer whales in the Arctic. Setting conservation priorities for killer whales and their Arctic prey species requires knowledge of their evolutionary history and demography. We found that there are two highly genetically distinct, non-interbreeding populations of killer whales using the eastern Canadian Arctic—one population is newly identified as globally distinct. The effective sizes of both populations recently declined, and both are vulnerable to inbreeding and reduced adaptive potential. Furthermore, we present evidence that human-caused mortalities, particularly ongoing harvest, pose an ongoing threat to these populations. The certainty of substantial environmental change in the Arctic complicates conservation and management significantly. Killer whales bring top-down pressure to Arctic food webs, however, they also merit conservation concern. The opening of the Arctic to killer whales exemplifies the magnitude of complex decisions surrounding local peoples, wildlife conservation, and resource management as the effects of climate change are realized.

The invasive rainbow smelt ( Osmerus mordax ) was an abundant food source for Lake Winnipeg walleye ( Sander vitreus ), especially in the north basin of the lake, until the smelt's collapse in approximately 2013. We quantified changing length-at-age (≈ growth rates) and relative mass (≈ body condition) in Lake Winnipeg walleye caught for a gillnet index data set. Here, walleye showed smaller length-at-age, particularly in the north basin with young fish, over time. This approach to assessing growth suggests a constraint in the north basin fish, possibly a nutritional limitation between 2017 and 2018, that was not present in the south. We then analyzed a separate group of walleye (≥ mm in fork length) sampled in 2017 as part of a large-scale tracking study, which had a similar slope in length-mass relationship to large walleye caught in that year for the gillnet index data. A panel of metabolites associated with amino acid metabolism and protein turnover was compared in whole blood. These metabolites revealed elevated essential amino acids and suggest protein degradation may be elevated in north basin walleye. Therefore, based on both growth estimates and metabolites associated with protein balance, we suggest there were spatially distinct separations affecting Lake Winnipeg walleye with decreased nutritional status of walleye in the north basin of Lake Winnipeg being of particular concern.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Abstract Atmospheric CO 2 and temperature are rising concurrently, and may have profound impacts on the transcriptional, physiological and behavioural responses of aquatic organisms. Further, spring snowmelt may cause transient increases of p CO 2 in many freshwater systems. We examined the behavioural, physiological and transcriptomic responses of an ancient fish, the lake sturgeon ( Acipenser fulvescens ) to projected levels of warming and p CO 2 during its most vulnerable period of life, the first year. Specifically, larval fish were raised in either low (16°C) or high (22°C) temperature, and/or low (1000 μatm) or high (2500 μatm) p CO 2 in a crossed experimental design over approximately 8 months. Following overwintering, lake sturgeon were exposed to a transient increase in p CO 2 of 10,000 μatm, simulating a spring melt based on data in freshwater systems. Transcriptional analyses revealed potential connections to otolith formation and reduced growth in fish exposed to high p CO 2 and temperature in combination. Network analyses of differential gene expression revealed different biological processes among the different treatments on the edges of transcriptional networks. Na + /K + ‐ATPase activity increased in fish not exposed to elevated p CO 2 during development, and mRNA abundance of the β subunit was most strongly predictive of enzyme activity. Behavioural assays revealed a decrease in total activity following an acute CO 2 exposure. These results demonstrate compensatory and compounding mechanisms of p CO 2 and warming dependent on developmental conditions in lake sturgeon. Conserved elements of the cellular stress response across all organisms provide key information for how other freshwater organisms may respond to future climate change.

From a conservation perspective, it is important to identify when sub-lethal temperatures begin to adversely impact an organism. However, it is unclear whether, during acute exposures, these cellular thresholds occur at similar temperatures to other physiological or behavioural changes. To test this, we estimated temperature preference (15.1 ± 1.1 °C) using a shuttle box, thermal optima for aerobic scope (10—15 °C) using respirometry, agitation temperature (22.0 ± 1.4 °C) as the point where a fish exhibits a behavioural avoidance response and the CTmax (28.2 ± 0.4 °C) as the upper thermal limit for 1 yr old Brook Trout (Salvelinus fontinalis) acclimated to 10 °C. We then acutely exposed a different subset of fish to these temperatures and sampled tissues when they reached the target temperature or after 60 min of recovery at 10 °C. We used qPCR to estimate mRNA transcript levels of genes associated with heat shock proteins, oxidative stress, apoptosis, and inducible transcription factors. A major shift in the transcriptome response occurred near the agitation temperature, which may identify a link between the cellular stress response and the behavioural avoidance response.

ABSTRACT Transcriptomics provides a mechanistic understanding of an organism’s response to environmental challenges such as increasing temperatures, which can provide key insights into the threats posed by thermal challenges associated with urbanization and climate change. Differential gene expression and alternative splicing are two elements of the transcriptomic stress response that may work in tandem, but relatively few studies have investigated these interactions in fishes of conservation concern. We studied the imperilled redside dace ( Clinostomus elongatus ) as thermal stress is hypothesised to be an important cause of population declines. We tested the hypothesis that gene expression-splicing interactions contribute to the thermal stress response. Wild fish exposed to acute thermal stress were compared with both handling controls and fish sampled directly from a river. Liver tissue was sampled to study the transcriptomic stress response. Thermally stressed fish showed a prominent transcriptional response (estimated with mRNA transcript abundance) related to transcription regulation and responses to unfolded proteins, and prominent alternatively spliced genes related to gene expression regulation and metabolism. One splicing factor, prpf38b , was upregulated in the thermally stressed group compared to the other treatments. This splicing factor may have a role in the Jun/AP-1 cellular stress response, a pathway with wide-ranging and context-dependent effects. Given large gene interaction networks and the context-dependent nature of transcriptional responses, our results highlight the importance of understanding interactions between gene expression and splicing for understanding transcriptomic responses to thermal stress. Our results also reveal transcriptional pathways that can inform conservation breeding, translocation, and reintroduction programs for redside dace and other imperilled species by identifying appropriate source populations. SUMMARY STATEMENT Gene expression and alternative splicing interact in response to thermal stress in an imperilled fish, with implications for conservation and mechanisms of thermal tolerance in vertebrate ectotherms.

Abstract The impact of climate change on spring phenology poses risks to migratory birds, as migration timing is controlled predominantly by endogenous mechanisms. Despite numerous studies on internal cues controlling migration, the underlying genetic basis of migration timing remains largely unknown. We investigated the genetic architecture of migration timing in a long-distance migratory songbird (purple martin, Progne subis subis ) by integrating genomic data with an extensive dataset of direct migratory tracks. Our findings show migration has a predictable genetic basis in martins and maps to a region on chromosome 1. This region contains genes that could facilitate nocturnal flights and act as epigenetic modifiers. Additionally, we found that genomic variance explained a higher proportion of historic than recent environmental spring phenology data, which may suggest a reduction in the adaptive potential of migratory behavior in contemporary populations. Overall, these results advance our understanding of the genomic underpinnings of migration timing and could provide context for conservation action.