Abstract Traits with different fitness optima in males and females cause sexual conflict when they have a shared genetic basis. Heteromorphic sex chromosomes can resolve this conflict and protect sexually antagonistic polymorphisms but accumulate deleterious mutations. However, many taxa lack differentiated sex chromosomes, and how sexual conflict is resolved in these species is largely unknown. Here we present a chromosome-anchored genome assembly for rainbow trout ( Oncorhynchus mykiss ) and characterize a 56 Mb double-inversion supergene that mediates sex-specific migration through sex-dependent dominance, a mechanism that reduces sexual conflict. The double-inversion contains key photosensory, circadian rhythm, adiposity, and sexual differentiation genes and displays frequency clines associated with latitude and temperature, revealing environmental dependence. Our results constitute the first example of sex-dependent dominance across a large autosomal supergene, a novel mechanism for sexual conflict resolution capable of protecting polygenic sexually antagonistic variation while avoiding the homozygous lethality and deleterious mutation load of heteromorphic sex chromosomes.

Abstract Understanding the genetic basis of repeated evolution of the same phenotype across taxa is a fundamental aim in evolutionary biology and has applications to conservation and management. However, the extent to which interspecific life-history trait polymorphisms share evolutionary pathways remains under-explored. We address this gap by studying the genetic basis of a key life-history trait, age at maturity, in four species of Pacific salmon (genus Oncorhynchus ) that exhibit intra- and interspecific variation in this trait – Chinook Salmon, Coho Salmon, Sockeye Salmon, and Steelhead Trout. We tested for associations in all four species between age at maturity and two genome regions, six6 and vgll3 , that are strongly associated with the same trait in Atlantic Salmon ( Salmo salar ). We also conducted a genome-wide association analysis in Steelhead to assess whether additional regions were associated with this trait. We found the genetic basis of age at maturity to be heterogeneous across salmonid species. Significant associations between six6 and age at maturity were observed in two of the four species, Sockeye and Steelhead, with the association in Steelhead being particularly strong in both sexes ( p = 4.46×10 −9 after adjusting for genomic inflation). However, no significant associations were detected between age at maturity and the vgll3 genome region in any of the species, despite its strong association with the same trait in Atlantic Salmon. We discuss possible explanations for the heterogeneous nature of the genetic architecture of this key life-history trait, as well as the implications of our findings for conservation and management.

Abstract Coho salmon ( Oncorhynchus kisutch ) are a culturally and economically important species that return from multiyear ocean migrations to spawn in rivers that flow to the Northern Pacific Ocean. Southern stocks of coho salmon have significantly declined over the past quarter century, and unfortunately, conservation efforts have not reversed this trend. To assist in stock management and conservation efforts, we generated two chromosome-level genome assemblies and sequenced 24 RNA-seq libraries to better annotate the coho salmon genome assemblies. We also resequenced the genomes of 83 coho salmon across their North American range to identify nucleotide variants, characterize the broad effects of isolation-by-distance using a genome-wide association analysis approach, and understand the demographic histories of these salmon by modeling population size from genome-wide data. We observed that more than 13% of all SNPs were associated with latitude (before multiple test correction), likely an affect of isolation-by-distance. From demographic history modeling, we estimated that the SNP latitudinal gradient likely developed as recently as 8,000 years ago. In addition, we identified four genes each harboring multiple SNPs associated with latitude; all of these SNPs were also predicted to modify the function of the gene. Three of these genes have roles in cell junction maintenance and may be involved in osmoregulation. This signifies that ocean salinity may have been a factor influencing coho salmon recolonization after the last glaciation period – generating the current pattern of variation in these three genes.

Abstract A thorough reconstruction of historical processes is essential for a comprehensive understanding the mechanisms shaping patterns of genetic diversity. Indeed, past and current conditions influencing effective population size have important evolutionary implications for the efficacy of selection, increased accumulation of deleterious mutations, and loss of adaptive potential. Here, we gather extensive genome-wide data that represent the extant diversity of the Coho salmon ( Oncorhynchus kisutch ) to address two objectives. We demonstrate that a single glacial refugium is the source of most of the present-day genetic diversity, with detectable inputs from a putative secondary micro-refugium. We found statistical support for a scenario whereby ancestral populations located south of the ice sheets expanded in postglacial time, swamping out most of the diversity from other putative micro-refugia. Demographic inferences revealed that genetic diversity was also affected by linked selection in large parts of the genome. Moreover, we demonstrate that the recent demographic history of this species generated regional differences in the load of deleterious mutations among populations, a finding that mirrors recent results from human populations and provides increased support for models of expansion load. We propose that insights from these historical inferences should be better integrated in conservation planning of wild organisms, which currently focuses largely on neutral genetic diversity and local adaptation, with the role of potentially maladaptive variation being generally ignored.

Infectious hematopoietic necrosis (IHN) is a disease of salmonid fish that is caused by the IHN virus (IHNV), which can cause substantial mortality and economic losses in rainbow trout aquaculture and fisheries enhancement hatchery programs. In a previous study on a commercial rainbow trout breeding line that has undergone selection, we found that genetic resistance to IHNV is controlled by the oligogenic inheritance of several moderate and many small effect quantitative trait loci (QTL). Here we used genome wide association analyses in two different commercial aquaculture lines that were naïve to previous exposure to IHNV to determine whether QTL were shared across lines, and to investigate whether there were major effect loci that were still segregating in the naïve lines. A total of 1,859 and 1,768 offspring from two commercial aquaculture strains were phenotyped for resistance to IHNV and genotyped with the rainbow trout Axiom 57K SNP array. Moderate heritability values (0.15–0.25) were estimated. Two statistical methods were used for genome wide association analyses in the two populations. No major QTL were detected despite the naïve status of the two lines. Further, our analyses confirmed an oligogenic architecture for genetic resistance to IHNV in rainbow trout. Overall, 17 QTL with notable effect (≥1.9% of the additive genetic variance) were detected in at least one of the two rainbow trout lines with at least one of the two statistical methods. Five of those QTL were mapped to overlapping or adjacent chromosomal regions in both lines, suggesting that some loci may be shared across commercial lines. Although some of the loci detected in this GWAS merit further investigation to better understand the biological basis of IHNV disease resistance across populations, the overall genetic architecture of IHNV resistance in the two rainbow trout lines suggests that genomic selection may be a more effective strategy for genetic improvement in this trait.

Population enhancement through the release of cultured organisms can be an important tool for marine restoration. However, there has been considerable debate about whether releases effectively contribute to conservation and harvest objectives, and whether cultured organisms impact the fitness of wild populations. Pacific salmonid hatcheries on the West Coast of North America represent one of the largest enhancement programs in the world. Molecular-based pedigree studies on one or two generations have contributed to our understanding of the fitness of hatchery-reared individuals relative to wild individuals, and tend to show that hatchery fish have lower reproductive success. However, interpreting the significance of these results can be challenging because the long-term genetic and ecological effects of releases on supplemented populations are unknown. Further, pedigree studies have been opportunistic, rather than hypothesis driven, and have not provided information on best case management scenarios. Here, we present a comparative, experimental approach based on genome-wide surveys of changes in diversity in two hatchery lines founded from the same population. We demonstrate that gene flow with wild individuals can reduce divergence from the wild source population over four generations. We also report evidence for consistent genetic changes in a closed hatchery population that can be explained by both genetic drift and domestication selection. The results of this study suggest that genetic risks can be minimized over at least four generations with appropriate actions, and provide empirical support for a decision-making framework that is relevant to the management of hatchery populations.

We describe an emerging initiative - the "Functional Analysis of All Salmonid Genomes" (FAASG), which will leverage the extensive trait diversity that has evolved since a whole genome duplication event in the salmonid ancestor, to develop an integrative understanding of the functional genomic basis of phenotypic variation. The outcomes of FAASG will have diverse applications, ranging from improved understanding of genome evolution, through to improving the efficiency and sustainability of aquaculture production, supporting the future of fundamental and applied research in an iconic fish lineage of major societal importance.