Accounting for specific alleles can be necessary to prevent the loss of significant biodiversity and ecosystem services.

The delineation of conservation units (CUs) is a challenging issue that has profound implications for minimizing the loss of biodiversity and ecosystem services. CU delineation typically seeks to prioritize evolutionary significance and genetic methods play a pivotal role in the delineation process by quantifying overall differentiation between populations. While CUs that primarily reflect overall genetic differentiation do protect adaptive differences between distant populations, they do not necessarily protect adaptive variation within highly connected populations. Advances in genomic methodology facilitate the characterization of adaptive genetic variation, but the potential utility of this information for CU delineation is unclear. Here we use genomic methods to investigate the evolutionary basis of premature migration in Pacific salmon, a complex behavioral and physiological adaptation that exists within highly-connected populations and has experienced severe declines. Strikingly, we find that premature migration is associated with the same single locus across multiple populations in each of two different species. Patterns of variation at this locus suggest that the premature migration alleles arose from a single evolutionary event within each species and were subsequently spread to distant populations through straying and positive selection. Our results reveal that complex adaptive variation can depend on rare mutational events at a single locus, demonstrate that CUs reflecting overall genetic differentiation can fail to protect evolutionarily significant variation that has substantial ecological and societal benefits, and suggest that a supplemental framework for protecting specific adaptive variation will sometimes be necessary to prevent the loss of significant biodiversity and ecosystem services.

Abstract We developed a species-specific, quantitative PCR assay multiplex for the detection of two threatened and endangered anuran species, arroyo toad ( Anaxyrus californicus) and western spadefoot ( Spea hammondii ), from environmental DNA (eDNA). Both species have experienced range wide declines over the last century, mostly as a result of habitat loss. Given these declines and their cryptic life histories, improved tools for detecting and monitoring both species are needed. Species-specificity and sensitivity of assays were empirically tested in the lab, and the multiplexed assays were validated with field-collected eDNA samples. Both assays were species-specific, sensitive, and effectively detected the target species from streams, rivers and ponds, although detection was imperfect. These assays provide an efficient and economical tool that will aid in the detection, monitoring, management, and conservation of these at-risk species.

Phenotypic variation is critical for the long-term persistence of species and populations. Anthropogenic activities have caused substantial shifts and reductions in phenotypic variation across diverse taxa, but the underlying mechanism (i.e., phenotypic plasticity and/or genetic evolution) and potential to recover previous phenotypic characteristics are unclear. Here we investigate changes in adult migration characteristics of wild salmon populations caused by dam construction and other anthropogenic habitat modifications. Strikingly, we find that dramatic allele frequency change (i.e., genetic evolution) from strong selection at a single locus explains the rapid phenotypic shift observed after recent dam construction. Furthermore, ancient DNA analysis confirms the abundance of a specific allele associated with adult migration type in historical habitat that will soon become accessible through a large restoration (i.e., dam removal) project. However, analysis of contemporary samples suggests the restoration will be challenged by loss of the allele from potential source populations. These results highlight the need to conserve and restore critical adaptive variation before the potential for recovery is lost.