Abstract Insect orders have been defined and stable for decades, with few notable exceptions ( e.g ., Blattodea and Psocoptera). One of the few remaining questions of order-level monophyly is that of Mecoptera in respect to the phylogenetic placement of Siphonaptera (fleas). We used a large set of transcriptomic nucleotide sequence data representing 56 species and more than 3,000 single-copy genes to resolve the evolutionary history of Antliophora, including fleas (Siphonaptera), scorpionflies and relatives (Mecoptera), and true flies (Diptera). We find that fleas and mecopterans together are the sister group of flies. However, our data and/or analyses are unable to distinguish whether fleas are sister to a monophyletic Mecoptera, or whether they arose from within extant mecopteran families, rendering Mecoptera paraphyletic. We did not detect parameter bias in our dataset after applying a broad range of detection methods. Counter to a previous hypothesis that placed fleas within Mecoptera as the sister group to wingless boreids (snow fleas), we found a potential sister group relationship between fleas and the enigmatic family Nannochoristidae. Although we lack conclusive evidence, it seems possible that fleas represent the most-species rich group of modern mecopterans and that their parasitic lifestyle and morphological adaptations have simply made them unrecognizable in respect to their order-level classification.

Summary Dragonflies and damselflies, representing the insect order Odonata, are among the earliest flying insects with living (extant) representatives. However, unravelling details of their long evolutionary history, such as egg laying (oviposition) strategies, is impeded by unresolved phylogenetic relationships, an issue particularly prevalent in damselfly families and fossil lineages. Here we present the first transcriptome-based phylogenetic reconstruction of Odonata, analyzing 2,980 protein-coding genes in 105 species representing nearly all of the order’s families (except Austropetaliidae and Neopetaliidae). All damselfly families and most dragonfly families are recovered as monophyletic groups. Our Molecular clock estimates suggest that crown-Zygoptera (damselflies) and -Anisoptera (dragonflies) both arose during the late Triassic. Several of the observed long inner branches in our topology are indicative of the extinction of once flourishing lineages. We also find that exophytic egg laying behaviour with a reduced ovipositor evolved in certain dragonflies during the late Jurassic / early Cretaceous. Lastly, we find that certain fossils have an unexpected deterring impact in divergence dating analysis.

Caddisflies (Trichoptera) are among the most diverse groups of freshwater animals with more than 16 000 described species. They play a fundamental role in freshwater ecology and environmental engineering in streams, rivers and lakes. Because of this, they are frequently used as indicator organisms in biomonitoring programmes. Despite their importance, key questions concerning the evolutionary history of caddisflies, such as the timing and origin of larval case making, remain unanswered owing to the lack of a well-resolved phylogeny. Here, we estimated a phylogenetic tree using a combination of transcriptomes and targeted enrichment data for 207 species, representing 48 of 52 extant families and 174 genera. We calibrated and dated the tree with 33 carefully selected fossils. The first caddisflies originated approximately 295 million years ago in the Permian, and major suborders began to diversify in the Triassic. Furthermore, we show that portable case making evolved in three separate lineages, and shifts in diversification occurred in concert with key evolutionary innovations beyond case making.

Abstract Cuticular hydrocarbons (CHCs) cover the cuticle of insects and serve as desiccation barrier and for chemical communication. While the main enzymatic steps of CHC biosynthesis are well understood, few of the underlying genes have been identified. Here we show how exploitation of intrasexual CHC dimorphism in a mason wasp, Odynerus spinipes , in combination with whole-genome sequencing and comparative transcriptomics facilitated identification of such genes. RNAi-mediated knockdown of twelve candidate gene orthologs in honey bees, Apis mellifera , confirmed nine genes impacting CHC profile composition. Most of them have predicted functions consistent with current knowledge of CHC metabolism. However, we found first-time evidence for a fatty acid amide hydrolase also influencing CHC profile composition. In situ hybridization experiments furthermore suggest trophocytes participating in CHC biosynthesis. Our results set the base for experimental CHC profile manipulation in Hymenoptera and imply that the evolutionary origin of CHC biosynthesis predates the arthropods’ colonization of land.

Abstract The Cenozoic topographic development of the Himalaya‐Tibet orogen (HTO) substantially affected the paleoenvironment and biodiversity patterns of High Asia. However, concepts on the evolution and paleoenvironmental history of the HTO differ massively in timing, elevational increase and sequence of surface uplift of the different elements of the orogen. Using target enrichment of a large set of transcriptome‐derived markers, ancestral range estimation and paleoclimatic niche modelling, we assess a recently proposed concept of a warm temperate paleo‐Tibet in Asian spiny frogs of the tribe Paini and reconstruct their historical biogeography. That concept was previously developed in invertebrates. Because of their early evolutionary origin, low dispersal capacity, high degree of local endemism, and strict dependence on temperature and humidity, the cladogenesis of spiny frogs may echo the evolution of the HTO paleoenvironment. We show that diversification of main lineages occurred during the early to Mid‐Miocene, while the evolution of alpine taxa started during the late Miocene/early Pliocene. Our distribution and niche modelling results indicate range shifts and niche stability that may explain the modern disjunct distributions of spiny frogs. They probably maintained their (sub)tropical or (warm)temperate preferences and moved out of the ancestral paleo‐Tibetan area into the Himalaya as the climate shifted, as opposed to adapting in situ. Based on ancestral range estimation, we assume the existence of low‐elevation, climatically suitable corridors across paleo‐Tibet during the Miocene along the Kunlun, Qiangtang and/or Gangdese Shan. Our results contribute to a deeper understanding of the mechanisms and processes of faunal evolution in the HTO.

The orographic evolution of the Himalaya-Tibet Mountain system continues to be a subject of controversy, leading to considerable uncertainty regarding the environment and surface elevation of the Tibetan Plateau during the Cenozoic era. As many geoscientific (but not paleontological) studies suggest, elevations close to modern heights exist in vast areas of Tibet since at least the late Paleogene, implicating the presence of large-scale alpine environments for more than 30 million years. To explore a recently proposed alternative model that assumes a warm temperate environment across paleo-Tibet, we carried out a phylogeographic survey using genomic analyses of samples covering the range of endemic lazy toads (Scutiger) across the Himalaya-Tibet orogen. We identified two main clades, with several, geographically distinct subclades. The long temporal gap between the stem and crown age of Scutiger may suggest high extinction rates. Diversification within the crown group, depending on the calibration, occurred either from the Mid-Miocene or Late-Miocene and continued until the Holocene. The present-day Himalayan Scutiger fauna could have evolved from lineages that existed on the southern edges of the paleo-Tibetan area (the Transhimalaya = Gangdese Shan), while extant species living on the eastern edge of the Plateau originated probably from the eastern edges of northern parts of the ancestral Tibetan area (Hoh Xil, Tanggula Shan). Based on the Mid-Miocene divergence time estimation and ancestral area reconstruction, we propose that uplift-associated aridification of a warm temperate Miocene-Tibet, coupled with high extirpation rates of ancestral populations, and species range shifts along drainage systems and epigenetic transverse valleys of the rising mountains, is a plausible scenario explaining the phylogenetic structure of Scutiger. This hypothesis aligns with the fossil record but conflicts with geoscientific concepts of high elevated Tibetan Plateau since the late Paleogene. Considering a Late-Miocene/Pliocene divergence time, an alternative scenario of dispersal from SE Asia into the East, Central, and West Himalaya cannot be excluded, although essential evolutionary and biogeographic aspects remain unresolved within this model.

Abstract Caddisflies (Trichoptera) are among the most diverse groups of freshwater animals with more than 16,000 described species. They play an outsized role in freshwater ecology and environmental engineering in streams, rivers, and lakes. Because of this, they are frequently used as indicator organisms in biomonitoring programs. Despite their importance, key questions concerning the evolutionary history of caddisflies, such as the timing and origin of larval case-making, have been unanswered due to the lack of a well-resolved phylogenetic tree. To shed light on these questions in Trichoptera, we estimated a phylogenetic tree using a combination of transcriptomes and targeted enrichment data for 206 species, representing 48 of 52 extant families and 174 genera. We calibrated and dated the tree with a set of 33 carefully selected fossils. The first caddisflies originated in the Permian and the major suborders began to diversify in the Triassic. Ancestral state reconstruction and diversification analysis revealed that portable case-making evolved in three separate lineages and shifts in diversification occurred in concert with key evolutionary innovations other than case-making.

Interspecific gene flow by hybridization may weaken species barriers and adaptive divergence, but also initiate reinforcement of reproductive isolation trough natural and sexual selection. The extent and consequences of interspecific gene flow in natural systems remain poorly understood. To assess genome-wide patterns of gene flow between the two closely related European dung fly species Sepsis cynipsea and Sepsis neocynipsea (Diptera: Sepsidae), we analyzed whole-genome resequencing data from pooled males of laboratory and field populations by means of the ABBA-BABA test. We contrasted genome-wide variation in DNA sequence differences between samples from sympatric populations of these two species in France and Switzerland with that of interspecific pairs of samples involving allopatric populations from Estonia and Italy. In the French Cevennes, we detected a relative excess of sequence identity suggesting interspecific gene flow in sympatry. In contrast, at two sites in Switzerland we observed a relative depletion of sequence identity compatible with reinforcement of species boundaries in sympatry. Our results suggest that the species boundaries between S. cynipsea and S. neocynipsea in Europe are not fixed but depend on the eco-geographic context.

Abstract Venoms, which have evolved numerous times in animals, are ideal models of convergent trait evolution. However, detailed genomic studies of toxin-encoding genes exist for only a few animal groups. The hyper-diverse hymenopteran insects are the most speciose venomous clade, but investigation of the origin of their venom genes has been largely neglected. Utilising a combination of genomic and proteo-transcriptomic data, we investigated the origin of 11 toxin genes in 29 published and three new hymenopteran genomes and compiled an up-to-date list of prevalent bee venom proteins. Observed patterns indicate that bee venom genes predominantly originate through single gene co-option with gene duplication contributing to subsequent diversification. Most Hymenoptera venom genes are shared by all members of the clade and only melittin and the new venom protein family anthophilin1 appear unique to the bee lineage. Most venom proteins thus predate the mega-radiation of hymenopterans and the evolution of the aculeate stinger.

Abstract Scarab beetles (Scarabaeidae) are a diverse and ecologically important group of angiosperm-associated insects. As conventionally understood, scarab beetles comprise two major lineages: dung beetles and the phytophagous Pleurosticti. However, previous phylogenetic analyses have not been able to convincingly answer the question whether or not the two lineages form a monophyletic group. Here we report our results from phylogenetic analyses of more than 4,000 genes mined from transcriptomes of more than 50 species of Scarabaeidae and other Scarabaeoidea. Our results provide convincing support for the monophyly of Scarabaeidae, confirming the debated sister group relationship of dung beetles and phytophagous pleurostict scarabs. Supermatrix-based maximum likelihood and multispecies coalescent phylogenetic analyses strongly imply the subfamily Melolonthinae as currently understood being paraphyletic. We consequently suggest various changes in the systematics of Melolonthinae: Sericinae Kirby, 1837 stat. rest. and sensu n. to include the tribes Sericini, Ablaberini and Diphucephalini, and Sericoidinae Erichson, 1847 stat. rest. and sensu n. to include the tribes Automoliini, Heteronychini, Liparetrini, Maechidiini, Scitalini, Sericoidini, and Phyllotocini. Both subfamilies appear to consistently form a monophyletic sister group to all remaining subfamilies so far included within pleurostict scarabs except Orphninae. Our results represent a major step towards understanding the diversification history of one of the largest angiosperm-associated radiations of beetles.