SUMMARY Brown seaweeds are keystone species of coastal ecosystems, often forming extensive underwater forests, that are under considerable threat from climate change. Despite their ecological and evolutionary importance, this phylogenetic group, which is very distantly related to animals and land plants, is still poorly characterised at the genome level. Here we analyse 60 new genomes that include species from all the major brown algal orders. Comparative analysis of these genomes indicated the occurrence of several major events coinciding approximately with the emergence of the brown algal lineage. These included marked gain of new orthologous gene families, enhanced protein domain rearrangement, horizontal gene transfer events and the acquisition of novel signalling molecules and metabolic pathways. The latter include enzymes implicated in processes emblematic of the brown algae such as biosynthesis of the alginate-based extracellular matrix, and halogen and phlorotannin biosynthesis. These early genomic innovations enabled the adaptation of brown algae to their intertidal habitats. The subsequent diversification of the brown algal orders tended to involve loss of gene families, and genomic features were identified that correlated with the emergence of differences in life cycle strategy, flagellar structure and halogen metabolism. We show that integration of large viral genomes has had a significant impact on brown algal genome content and propose that this process has persisted throughout the evolutionary history of the lineage. Finally, analysis of microevolutionary patterns within the genus Ectocarpus indicated that deep gene flow between species may be an important factor in genome evolution on more recent timescales.

Brown seaweeds are keystone species of coastal ecosystems, often forming extensive underwater forests, and are under considerable threat from climate change. In this study, analysis of multiple genomes has provided insights across the entire evolutionary history of this lineage, from initial emergence, through later diversification of the brown algal orders, down to microevolutionary events at the genus level. Emergence of the brown algal lineage was associated with a marked gain of new orthologous gene families, enhanced protein domain rearrangement, increased horizontal gene transfer events, and the acquisition of novel signaling molecules and key metabolic pathways, the latter notably related to biosynthesis of the alginate-based extracellular matrix, and halogen and phlorotannin biosynthesis. We show that brown algal genome diversification is tightly linked to phenotypic divergence, including changes in life cycle strategy and zoid flagellar structure. The study also showed that integration of large viral genomes has had a significant impact on brown algal genome content throughout the emergence of the lineage.

ABSTRACT Understanding the environmental processes shaping connectivity can greatly improve management and conservation actions which are essential in the trailing edge of species’ distributions. In this study, we used a dataset built from 32 populations situated in the southern limit of the kelp species Laminaria digitata . By extracting data from 11 microsatellite markers, our aim was to (1) refine the analyses of population structure, (2) compare connectivity patterns and genetic diversity between island and mainland populations and (3) evaluate the influence of sampling year, hydrodynamic processes, habitat discontinuity, spatial distance and sea surface temperature on the genetic structure using a distance-based redundancy analysis (db-RDA). Analyses of population structure enabled to identify well connected populations associated to high genetic diversity, and others which appeared genetically isolated from neighboring populations and showing signs of genetic erosion verifying contrasting ecological (and demographic) status in Brittany and the English Channel. By performing db-RDA analyses on various sampling sizes, geographic distance appeared as the dominant factor influencing connectivity between populations separated by great distances, while hydrodynamic processes were the main factor at smaller scale. Finally, Lagrangian simulations enabled to study the directionality of gene flow which has implications on source-sink dynamics. Overall, our results have important significance in regard to the management of kelp populations facing pressures both from global warming and their exploitation for commercial use.

ABSTRACT The long-term persistence of species in the face of climate change can be evaluated by examining the interplay between selection and genetic drift in the contemporary evolution of populations. In this study, we focused on spatial and temporal genetic variation in four populations of the cold-water kelp Laminaria digitata using thousands of SNPs (ddRAD-seq). These populations were sampled from the center to the south margin in the North Atlantic at two different time points, spanning at least two generations. By conducting genome scans for local adaptation from a single time point, we successfully identified candidate loci that exhibited clinal variation, closely aligned with the latitudinal changes in temperature. This finding suggests that temperature may drive the adaptive response of kelp populations, although other factors, such as the species’ demographic history should be considered. Furthermore, we provided compelling evidence of positive selection through the examination of allele frequency changes over time, offering additional insights into the impact of genetic drift. Specifically, we detected candidate loci exhibiting temporal differentiation that surpassed the levels typically attributed to genetic drift at the south margin, confirmed through simulations. This finding was in sharp contrast with the lack of detection of outlier loci based on temporal differentiation in a population from the North Sea, exhibiting low levels of genetic diversity, that further decreased over time. These contrasting evolutionary scenarios among populations can be primarily attributed to the differential prevalence of selection relative to genetic drift. In conclusion, our study highlights the potential of temporal genomics to gain deeper insights into the contemporary evolution of marine foundation species in response to rapid environmental changes.

Abstract Scleractinian corals are of great ecological interest as ecosystem engineer species. Accordingly, there is a wealth of studies on their adaptive abilities facing climate change. Such studies should rely on precise species and population delimitation. Nevertheless species delimitation in corals can be hindered by the lack of adequate genetic markers, by hybridization, and by morphological plasticity. Here we applied RAD sequencing to the study of species delimitation and genetic structure in populations of Pocillopora spp. from Oman and French Polynesia with the objectives to test primary species hypotheses based on mitochondrial DNA sequencing, and to study the genetic structure among sampling sites inside species. Regarding the varying levels of missing data observed among samples we tested different filtering strategy. The main genetic differentiation was observed between samples from Oman and French Polynesia, which also corresponded to different mitochondrial lineages and species hypotheses. In Oman, we did not observe any clear differentiation according to the main mitochondrial lineages considered here, nor between sampling sites. In French Polynesia where a single mitochondrial lineage was studied, we did not evidence any differentiation according to sampling sites. These results provide an additional example of the importance of using independent nuclear markers for the study of species delimitation. Our analyses also allowed the identification of clonal lineages in our samples, and to take them into account in our interpretations. We used simulations to study the impact of clonal reproduction on the distribution of statistics of genetic diversity and genetic structure among loci.