The unprecedented rate of extinction calls for efficient use of genetics to help conserve biodiversity. Several recent genomic and simulation-based studies have argued that the field of conservation biology has placed too much focus on conserving genome-wide genetic variation, and that the field should instead focus on managing the subset of functional genetic variation that is thought to affect fitness. Here, we critically evaluate the feasibility and likely benefits of this approach in conservation. We find that population genetics theory and empirical results show that conserving genome-wide genetic variation is generally the best approach to prevent inbreeding depression and loss of adaptive potential from driving populations toward extinction. Focusing conservation efforts on presumably functional genetic variation will only be feasible occasionally, often misleading, and counterproductive when prioritized over genome-wide genetic variation. Given the increasing rate of habitat loss and other environmental changes, failure to recognize the detrimental effects of lost genome-wide genetic variation on long-term population viability will only worsen the biodiversity crisis.

ABSTRACT Genome-scale sequence data have invigorated the study of hybridization and introgression, particularly in animals. However, outside of a few notable cases, we lack systematic tests for introgression at a larger phylogenetic scale across entire clades. Here we leverage 155 genome assemblies, from 149 species, to generate a fossil-calibrated phylogeny and conduct multilocus tests for introgression across nine monophyletic radiations within the genus Drosophila . Using complementary phylogenomic approaches, we identify widespread introgression across the evolutionary history of Drosophila . Mapping gene-tree discordance onto the phylogeny revealed that both ancient and recent introgression has occurred across most of the nine clades that we examined. Our results provide the first evidence of introgression occurring across the evolutionary history of Drosophila and highlight the need to continue to study the evolutionary consequences of hybridization and introgression in this genus and across the Tree of Life.

Over 100 years of studies in Drosophila melanogaster and related species in the genus Drosophila have facilitated key discoveries in genetics, genomics, and evolution. While high-quality genome assemblies exist for several species in this group, they only encompass a small fraction of the genus. Recent advances in long read sequencing allow high quality genome assemblies for tens or even hundreds of species to be generated. Here, we utilize Oxford Nanopore sequencing to build an open community resource of high-quality assemblies for 101 lines of 95 drosophilid species encompassing 14 species groups and 35 sub-groups with an average contig N50 of 10.5 Mb and greater than 97% BUSCO completeness in 97/101 assemblies. These assemblies, along with detailed wet lab protocol and assembly pipelines, are released as a public resource and will serve as a starting point for addressing broad questions of genetics, ecology, and evolution within this key group.

Abstract The unprecedented rate of extinction calls for efficient use of genetics to help conserve biodiversity. Several recent genomic and simulation-based studies have argued that the field of conservation biology has placed too much focus on the conservation of genome-wide genetic variation, and that this approach should be replaced with another that focuses instead on managing the subset of functional genetic variation that is thought to affect fitness. Here, we critically evaluate the feasibility and likely benefits of this approach in conservation. We find that population genetics theory and empirical results show that the conserving genome-wide genetic variation is generally the best approach to prevent inbreeding depression and loss of adaptive potential from driving populations towards extinction. Focusing conservation efforts on presumably functional genetic variation will only be feasible occasionally, often misleading, and counterproductive when prioritized over genome-wide genetic variation. Given the increasing rate of habitat loss and other environmental changes, failure to recognize the detrimental effects of lost genome-wide variation on long-term population viability will only worsen the biodiversity crisis.

Abstract In the past decade, several studies have estimated the human per-generation germline mutation rate using large pedigrees. More recently, estimates for various non-human species have been published. However, methodological differences among studies in detecting germline mutations and estimating mutation rates make direct comparisons difficult. Here, we describe the many different steps involved in estimating pedigree-based mutation rates, including sampling, sequencing, mapping, variant calling, filtering, and how to appropriately account for false-positive and false-negative rates. For each step, we review the different methods and parameter choices that have been used in the recent literature. Additionally, we present the results from a “Mutationathon”, a competition organized among five research labs to compare germline mutation rate estimates for a single pedigree of rhesus macaques. We report almost a two-fold variation in the final estimated rate among groups using different post-alignment processing, calling, and filtering criteria and provide details into the sources of variation across studies. Though the difference among estimates is not statistically significant, this discrepancy emphasizes the need for standardized methods in mutation rate estimations and the difficulty in comparing rates from different studies. Finally, this work aims to provide guidelines for computational and statistical benchmarks for future studies interested in identifying germline mutations from pedigrees.

Abstract The big cats (genus Panthera ) represent some of the most popular and charismatic species on the planet. Although some reference genomes are available for this clade, few are at the chromosome level, inhibiting high-resolution genomic studies. Here, we assemble genomes from three members of the genus, the tiger ( Panthera tigris ), the snow leopard ( Panthera uncia ), and the African leopard ( Panthera pardus pardus ), at chromosome or near-chromosome level. We used a combination of short- and long-read technologies, as well as proximity ligation data from Hi-C technology, to achieve high continuity and contiguity for each individual. We hope these genomes will aid in further evolutionary and conservation research of this iconic group of mammals.

Abstract The diversification of a host lineage can be influenced by both the external environment and its assemblage of microbes. Here, we use a young lineage of spiders, distributed along a chronologically arranged series of volcanic mountains, to determine the parallels between the evolutionary histories of the host spiders and their associated microbial communities, together forming the “holobiont”. Using the stick spider Ariamnes waikula (Araneae, Theridiidae) on the island of Hawaiʻi, and outgroup taxa on older islands, we tested whether each component of the holobiont (the spider hosts, the intracellular endosymbionts, and the gut microbial communities) showed correlated signatures of diversity due to sequential colonization from older to younger volcanoes. In order to investigate this, we generated ddRAD data for the host spiders and 16S rRNA gene amplicon data from their microbiota. We expected sequential colonizations to result in a (phylo)genetic structuring of the host spiders and in a diversity gradient in microbial communities. Results showed that the host A. waikula is indeed structured by geographic isolation, suggesting sequential colonization from older to younger volcanoes. Similarly, the endosymbiont communities were markedly different between Ariamnes species on different islands, but more homogeneous among A. waikula populations on the island of Hawaiʻi. Conversely, the gut microbiota was largely conserved across all populations and species, which we suspect are generally environmentally derived. Our results highlight that the different components of the holobiont have responded in distinct ways to the dynamic environment of the volcanic archipelago, showing the necessity of understanding the interplay between components to better characterize holobiont evolution.

Abstract We provide novel genomic resources to help understand the genomic traits involved in elephant health and to aid conservation efforts. We sequence 11 elephant genomes (5 African savannah, 6 Asian) from North American zoos, including 9 de novo assemblies. We estimate elephant germline mutation rates and reconstruct demographic histories. Finally, we provide an in-solution capture assay to genotype Asian elephants. This assay is suitable for analyzing degraded museum and non-invasive samples, such as feces and hair. The elephant genomic resources we present here should allow for more detailed and uniform studies in the future to aid elephant conservation efforts and disease research.

Herbivorous insects are exceptionally diverse, accounting for a quarter of all known eukaryotic species, but the genetic basis of adaptations that enabled this dietary transition remains poorly understood. Many studies have suggested that expansions and contractions of chemosensory and detoxification gene families - genes directly mediating interactions with plant chemical defenses - underlie successful plant colonization. However, this hypothesis has been challenging to test because the origins of herbivory in many lineages are ancient (>150 million years ago [mya]), obscuring genomic evolutionary patterns. Here, we characterized chemosensory and detoxification gene family evolution across Scaptomyza, a genus nested within Drosophila that includes a recently derived (<15 mya) herbivore lineage of mustard (Brassicales) specialists and carnation (Caryophyllaceae) specialists, and several non-herbivorous species. Comparative genomic analyses revealed that herbivorous Scaptomyza have among the smallest chemosensory and detoxification gene repertoires across 12 drosophilid species surveyed. Rates of gene turnover averaged across the herbivore clade were significantly higher than background rates in over half of the surveyed gene families. However, gene turnover was more limited along the ancestral herbivore branch, with only gustatory receptors and odorant binding proteins experiencing strong losses. The genes most significantly impacted by gene loss, duplication, or changes in selective constraint were those involved in detecting compounds associated with feeding on plants (bitter or electrophilic phytotoxins) or their ancestral diet (yeast and fruit volatiles). These results provide insight into the molecular and evolutionary mechanisms of plant-feeding adaptations and highlight strong gene candidates that have also been linked to other dietary transitions in Drosophila .

One-quarter of extant Eukaryotic species are herbivorous insects, yet the genomic basis of this extraordinary adaptive radiation is unclear. Recently-derived herbivorous species hold promise for understanding how colonization of living plant tissues shaped the evolution of herbivore genomes. Here, we characterized exceptional patterns of evolution coupled with a recent (<15 mya) transition to herbivory of mustard plants (Brassicaceae, including Arabidopsis thaliana) in the fly genus Scaptomyza, nested within the paraphyletic genus Drosophila. We discovered a radiation of mustard-specialized Scaptomyza species, comparable in diversity to the Drosophila melanogaster species subgroup. Stable isotope, behavioral, and viability assays revealed these flies are obligate herbivores. Genome sequencing of one species, S. flava, revealed that the evolution of herbivory drove a contraction in gene families involved in chemosensation and xenobiotic metabolism. Against this backdrop of losses, highly targeted gains ("blooms") were found in Phase I and Phase II detoxification gene sub-families, including glutathione S-transferase (Gst) and cytochrome P450 (Cyp450) genes. S. flava has more validated paralogs of a single Cyp450 (N=6 for Cyp6g1) and Gst (N=5 for GstE5-8) than any other drosophilid. Functional studies of the Gst repertoire in S. flava showed that transcription of S. flava GstE5-8 paralogs was differentially regulated by dietary mustard oils, and of 22 heterologously expressed cytosolic S. flava GST enzymes, GSTE5-8 enzymes were exceptionally well-adapted to mustard oil detoxification in vitro. One, GSTE5-8a, was an order of magnitude more efficient at metabolizing mustard oils than GSTs from any other metazoan. The serendipitous intersection of two genetic model organisms, Drosophila and Arabidopsis, helped illuminate how an insect genome was remodeled during the evolutionary transformation to herbivory, identifying mechanisms that facilitated the evolution of the most diverse guild of animal life.