Abstract Whole-genome duplication (WGD) is hypothesized to be an important evolutionary mechanism that can facilitate adaptation and speciation. Genomes that exist in states of both diploidy and residual tetraploidy are of particular interest, as mechanisms that maintain the ploidy mosaic after WGD may provide important insights into evolutionary processes. The Salmonidae family exhibits residual tetraploidy, and this, combined with the evolutionary diversity formed after an ancestral autotetraploidization event, makes this group a useful study system. In this study, we generate a novel linkage map for cisco ( Coregonus artedi ), an economically and culturally important fish in North America and a member of the subfamily Coregoninae, which previously lacked a high-density haploid linkage map. We also conduct comparative genomic analyses to refine our understanding of chromosomal fusion/fission history across salmonids. To facilitate this comparative approach, we use the naming strategy of protokaryotype identifiers (PKs) to associate duplicated chromosomes to their putative ancestral state. The female linkage map for cisco contains 20,292 loci, 3,225 of which are likely within residually tetraploid regions. Comparative genomic analyses revealed that patterns of residual tetrasomy are generally conserved across species, although interspecific variation persists. To determine the broad-scale retention of residual tetrasomy across the salmonids, we analyze sequence similarity of currently available genomes and find evidence of residual tetrasomy in seven of the eight chromosomes that have been previously hypothesized to show this pattern. This interspecific variation in extent of rediploidization may have important implications for understanding salmonid evolutionary histories and informing future conservation efforts.

Abstract Migration is a ubiquitous life history trait with profound evolutionary and ecological consequences. Recent developments in telemetry and genomics, when combined, can bring significant insights on the migratory ecology of non-model organisms in the wild. Here, we used this integrative approach to document dispersal, gene flow and potential for local adaptation in anadromous Arctic Char from six rivers in the Canadian Arctic. Acoustic telemetry data from 124 tracked individuals indicated asymmetric dispersal, with a large proportion of fish (72%) tagged in three different rivers migrating up the same short river in the fall. Population genomics data from 6,136 SNP markers revealed weak, albeit significant, population differentiation (average pairwise F ST = 0.011) and asymmetric dispersal was also revealed by population assignments. Approximate Bayesian Computation simulations suggested the presence of asymmetric gene flow, although in the opposite direction to that observed from the telemetry data, suggesting that dispersal does not necessarily lead to gene flow. These observations suggested that Arctic Char home to their natal river to spawn, but may overwinter in rivers with the shortest migratory route to minimize the costs of migration in non-breeding years. Genome scans and genetic-environment associations identified 90 outlier markers putatively under selection, 23 of which were in or near a gene. Of these, at least four were involved in muscle and cardiac function, consistent with the hypothesis that migratory harshness could drive local adaptation. Our study illustrates the power of integrating genomics and telemetry to study migrations in non-model organisms in logistically challenging environments such as the Arctic.

Abstract Pacific oysters ( Magallana gigas, also known as Crassostrea gigas ), the most widely farmed oysters, are under threat from climate change and emerging pathogens. In part, their resilience may be affected by their microbiome, which, in turn, may be influenced by ocean warming and acidification. Consequently, for three weeks, we exposed early-development Pacific oyster spat to different temperatures (18 and 24 °C) and p CO 2 levels (800, 1600 and 2800 µ atm) in a fully crossed design. Under all conditions, the microbiome developed over time, with potentially pathogenic ciliates ( Uronema marinum ) greatly reduced in all treatments, suggesting that the spat’s microbiome undergoes adaptive shifts as the oysters age. The microbiome composition also differed significantly with temperature, but not acidification, indicating that M. gigas spat microbiomes can be altered by ocean warming but resilient to ocean acidification in our experiments. These findings highlight the spat microbiome’s flexibility to environmental changes as well as its “protective” capability against potentially pathogenic microbes.

Abstract The Yesso scallop Mizuhopecten yessoensis is an important aquaculture species that was introduced to Western Canada from Japan to establish an economically viable scallop farming industry. This highly fecund species has been propagated in Canadian aquaculture hatcheries for the past 40 years, raising questions about genetic diversity and genetic differences among hatchery stocks. In this study, we compare cultured Canadian and wild Japanese populations of Yesso scallop using double-digest restriction site-associated DNA (ddRAD)-sequencing to genotype 21,048 variants in 71 wild-caught scallops from Japan, 65 scallops from the Vancouver Island University breeding population, and 37 scallops obtained from a commercial farm off Vancouver Island, British Columbia. The wild scallops are largely comprised of equally unrelated individuals, whereas cultured scallops are comprised of multiple families of related individuals. The polymorphism rate estimated in wild scallops was 1.7%, whereas in the cultured strains it ranged between 1.35% and 1.07%. Interestingly, heterozygosity rates were highest in the cultured populations, which is likely due to shellfish hatchery practices of crossing divergent strains to gain benefits of heterosis and to avoid inbreeding. Evidence of founder effects and drift were observed in the cultured strains, including high genetic differentiation between cultured populations and between cultured populations and the wild population. Cultured populations had effective population sizes ranging from 9-26 individuals whereas the wild population was estimated at 25-50K individuals. Further, a depletion of low frequency variants was observed in the cultured populations. These results indicate significant genetic diversity losses in cultured scallops in Canadian breeding programs. Article Summary Yesso scallop was introduced to breeding programs in Canada around 40 years ago and has become a valuable aquaculture species in the country with little information regarding its genetic diversity. This work genotypes over 20K genetic variants in wild Yesso scallops from Japan and compares to a major broodstock collection in British Columbia, Canada, as well as a commercial farm in the same region. Reduced polymorphism but elevated heterozygosity indicates value of using genetic information to guide breeding programs.

Abstract Temperate coastal marine waters are often thermally stratified from spring through fall but can be dynamic and disrupted by tidal currents and wind-driven upwelling. These mixing events introduce deeper, cooler water with a higher partial pressure of CO2 (pCO 2 ), and its associated microbial communities to the surface. Anecdotally, these events impact shellfish hatcheries and farms, warranting improved understanding of changes in composition and activity of marine microbial communities in relation to environmental processes. To characterize both compositional and functional changes associated with abiotic factors, here we generate a reference metatranscriptome from the Strait of Georgia over representative seasons and analyze metatranscriptomic profiles of the microorganisms present within intake water containing different pCO 2 levels at a shellfish hatchery in British Columbia from June through October. Abiotic factors studied include pH, temperature, alkalinity, aragonite, calcite and pCO 2 . Community composition changes were observed to occur at broad taxonomic levels, and most notably to vary with temperature and pCO 2 . Functional gene expression profiles indicated a strong difference between early (June-July) and late summer (August-October) associated with viral activity. The taxonomic data suggests this could be due to the termination of cyanobacteria and phytoplankton blooms by viral lysis in the late season. Functional analysis indicated fewer differentially expressed transcripts associated with abiotic variables (e.g., pCO 2 ) than with the temporal effect. Microbial composition and activity in these waters varies with both short-term effects observed alongside abiotic variation as well as long-term effects observed across seasons. The analysis of both taxonomy and functional gene expression simultaneously in the same samples by environmental RNA (eRNA metatranscriptomics) provided a more comprehensive view for monitoring water bodies than either would in isolation.

The northern pike Esox lucius is a freshwater fish renowned for having low genetic diversity but ecological success throughout the Northern Hemisphere. Here we generate an annotated chromosome-level genome assembly of 941 Mbp in length with 25 chromosome-length scaffolds using long-reads and chromatin capture technology. We then align whole-genome resequencing data against this reference to genotype northern pike from Alaska through New Jersey (n = 47). A striking decrease in genetic diversity occurs along the sampling range, whereby samples to the west of the North American Continental Divide have substantially higher diversity than populations to the east. As an example, individuals from Interior Alaska in the west and St. Lawrence River in the east have on average 181K and 64K heterozygous SNPs per individual, respectively (i.e., a SNP variant every 3.2 kbp and 11.2 kbp, respectively). Even with such low diversity, individuals clustered with strong support within each population, and this may be related to numerous private alleles in each population. Evidence for recent population expansion was observed for a Manitoba hatchery and the St. Lawrence population (Tajima's D = -1.07 and -1.30, respectively). Non-uniform patterns of diversity were observed across the genome, with large regions showing elevated diversity in several chromosomes, including LG24. In populations with the master sex determining gene amhby still present in the genome, amhby is in LG24. As expected, amhby was largely male-specific in Alaska and the Yukon and absent southeast to these populations, but we also document some amhby(-) males in Alaska and amhby(+) males in the Columbia River. This indicates that rather than a discrete boundary after which amhby was lost in North America, there is a patchwork of presence of this system in the western region. These results support the theory that northern pike recolonized North America from refugia in Alaska and expanded following deglaciation from west to east, with probable founder effects resulting in loss of both neutral and functional diversity including the loss of the sex determination system.

Using massively parallel sequencing data from two species with different life history traits -- American lobster (Homarus americans) and Arctic Char (Salvelinus alpinus) -- we highlighted how an unbalanced sex ratio in the samples combined with a few sex-linked markers may lead to false interpretations of population structure and thus to potentially erroneous management recommendations. Multivariate analyses revealed two genetic clusters that separated males and females instead of showing the expected pattern of genetic differentiation among ecologically divergent (inshore vs. offshore in lobster) or geographically distant (east vs. west in Arctic Char) sampling locations. We created several subsamples artificially varying the sex ratio in the inshore/offshore and east/west groups, and then demonstrated that significant genetic differentiation could be observed despite panmixia for lobster, and that Fst values were overestimated for Arctic Char. This pattern was due to 12 and 94 sex-linked markers driving differentiation for lobster and Arctic Char, respectively. Removing sex-linked markers led to non- significant genetic structure (lobster) and a more accurate estimation of Fst (Arctic Char). We further characterized the putative functions of sex-linked markers. Given that only 9.6% of all marine/diadromous population genomic studies to date reported sex information, we urge researchers to collect and consider individual sex information. In summary, we argue that sex information is useful to (i) control sex ratio in sampling, (ii) overcome sex-ratio biases that can lead to spurious genetic differentiation signals and (iii) fill knowledge gaps regarding sex determining systems.

Whole genome duplication (WGD) can provide material for evolutionary innovation. Assembly of large, outbred eukaryotic genomes can be difficult, but structural rearrangements within such taxa can be investigated using linkage maps. RAD sequencing provides unprecedented ability to generate high-density linkage maps for non-model species, but can result in low numbers of homologous markers between species due to phylogenetic distance or differences in library preparation. Family Salmonidae is ideal for studying the effects of WGD as the ancestral salmonid underwent WGD relatively recently, around 65 million years ago, then rediploidized and diversified. Extensive synteny between orthologous chromosomes occurs in extant salmonids, but each species has both conserved and unique chromosome arm fusions and fissions. Here we generate a high-density linkage map (3826 markers) for the Salvelinus genera (Brook Charr S. fontinalis), and then identify orthologous chromosome arms among the other available salmonid high-density linkage maps, including six species of Oncorhynchus, and one species for each of Salmo and Coregonus, as well as the sister group for the salmonids, Esox lucius for homeolog designation. To this end, we developed MapComp, a program that identifies identical and proximal markers between linkage maps using a reference genome of a related species as an intermediate. This approach increases the number of comparable markers between linkage maps by 5-fold, enabling a characterization of the most likely history of retained chromosomal rearrangements post-WGD, and identifying several conserved chromosomal inversions. Analyses of RADseq-based linkage maps from other taxa will also benefit from MapComp, available at: https://github.com/enormandeau/mapcomp/

The Fraser River once supported massive salmon returns, but now years with half of the recorded historical maximum are considered good. There is substantial interest from surrounding communities, governments, and other groups to increase salmon returns for both human use and for functional ecosystems. To help generate resources for this endeavour, we resequenced hundreds of genomes at moderate coverage (~16x) of Chinook ( Oncorhynchus tshawytscha ), coho ( O. kisutch ), and sockeye salmon ( O. nerka ) from the Fraser River. The resequenced genomes are an important resource that can give us new insights. In this study, we found evidence that Chinook salmon have 1.5-2x more polymorphic loci than coho or sockeye salmon. Using principal component analysis (PCA) and admixture analysis, we also identified genetic groups similar to those previously identified with only a few microsatellite markers. As the higher density data supports these previous genetic groups, it suggests that the identity of these groups is not overly sensitive to the number of genetic markers or when the groups were sampled. With the increased resolution from resequenced genomes, we were able to further identify factors influencing these genetic groups, including isolation-by-distance, migration barriers, recolonization from different glacial refugia, and environmental factors like precipitation. We were also able to identify 20 potentially adaptive loci among the genetic groups by analyzing runs of homozygosity. All of the resequenced genomes have been submitted to a public database where they can be used as a reference for the contemporary genomics of Fraser River salmon.

Abstract Clam gardens traditionally established and maintained by coastal Indigenous Peoples of northwest North America are habitat modifications that enhance intertidal clam productivity and therefore provide secure and reliable local food resources. In this study, transcriptomic and phenotypic responses of Pacific littleneck clams ( Leukoma staminea ) were investigated in relation to transplantation to either clam gardens or unmodified clam beaches and growth for 16 weeks. Sediment characteristics (e.g., grain-size, carbonate, and organic content) were also evaluated and considered in the response. Large differences in phenotypic and abiotic characteristics were observed among beaches but did not differ based on unmaintained clam garden presence. A de novo transcriptome for L. staminea containing 52,000 putative transcripts was assembled and used to identify differential expression in response to the clam gardens. This identified a relatively small effect, but found two transcripts that were differentially expressed in both the gill and digestive gland tissues. In addition, differential expression along survival gradients, as well a tissue-specific expression analysis provide insight into the characteristics of the transcriptome and its ecological associations of this non-model organism. Across the beaches, abiotic characteristics with negative effects on growth and/or survival included small rocks, very fine sand, silt, carbonate, and organic content, whereas positive effects were observed from coarse sand, sand and fine sand. In conclusion, here it was found that localized environmental factors are likely to have a greater influence on Pacific littleneck clam physiology, growth, and survival than the presence or absence of unmaintained clam gardens.