As a consequence of increasing atmospheric CO2, the world's oceans are becoming warmer and more acidic. Whilst the ecological effects of these changes are poorly understood, it has been suggested that fish performance including growth will be reduced mainly as a result of limitations in oxygen transport capacity. Contrary to the predictions given by the oxygen- and capacity-limited thermal tolerance hypothesis, we show that aerobic scope and cardiac performance of Atlantic halibut (Hippoglossus hippoglossus) increase following 14–16 weeks exposure to elevated temperatures and even more so in combination with CO2-acidified seawater. However, the increase does not translate into improved growth, demonstrating that oxygen uptake is not the limiting factor for growth performance at high temperatures. Instead, long-term exposure to CO2-acidified seawater reduces growth at temperatures that are frequently encountered by this species in nature, indicating that elevated atmospheric CO2 levels may have serious implications on fish populations in the future.

Species within nearly all extant animal lineages are capable of regenerating body parts. However, it remains unclear whether the gene expression programme controlling regeneration is evolutionarily conserved. Brittle stars are a species-rich class of echinoderms with outstanding regenerative abilities, but investigations into the genetic bases of regeneration in this group have been hindered by the limited genomic resources. Here we report a chromosome-scale genome assembly for the brittle star Amphiura filiformis. We show that the brittle star genome is the most rearranged among echinoderms sequenced so far, featuring a reorganized Hox cluster reminiscent of the rearrangements observed in sea urchins. In addition, we performed an extensive profiling of gene expression during brittle star adult arm regeneration and identified sequential waves of gene expression governing wound healing, proliferation and differentiation. We conducted comparative transcriptomic analyses with other invertebrate and vertebrate models for appendage regeneration and uncovered hundreds of genes with conserved expression dynamics, particularly during the proliferative phase of regeneration. Our findings emphasize the crucial importance of echinoderms to detect long-range expression conservation between vertebrates and classical invertebrate regeneration model systems.

Abstract Cryptic population structure in exploited fish species poses a major challenge for fisheries management. Atlantic cod ( Gadus morhua ) is a species in which the presence of sympatric ecotypes has been known for a long time, for instance off the coast of Northern Norway. More recently, two sympatric ecotypes of cod have also been documented in the Skagerrak and Kattegat; one ecotype is of an apparent offshore origin and undertakes spawning migrations to the North Sea, and the other is resident at the coast throughout its life. However, their relative contributions of juveniles to the Swedish west coast remain poorly understood. The lack of adult cod along the Skagerrak and Kattegat coasts in recent years has led to the hypothesis that the offshore ecotype is the main source of juveniles to the area, but recent studies have shown large proportions of coastal cod inside Norwegian Skagerrak fjords. In this study, juvenile cod were collected at a high spatial resolution along the Swedish west coast, and genetically assigned to each of the two ecotypes. The results reveal that there is a considerable proportion of juvenile coastal cod in the southern Kattegat, Öresund, and in inshore Swedish Skagerrak, but that the offshore ecotype dominates in offshore areas. Model selection suggests that differences in bottom depth, rather than distance from the open sea, may explain the heterogenous spatial distribution of the two ecotypes. In addition, the two ecotypes displayed differences at loci known to be associated with environmental adaptation, suggesting that their spatial distribution is maintained by natural selection in response to specific environmental conditions.

Chromosomal rearrangements lead to the coupling of reproductive barriers, but whether and how they contribute to completion of speciation remains unclear. Marine snails of the genus Littorina repeatedly form hybrid zones between taxa segregating for inversion arrangements, providing opportunities to study this question. Here, we analysed two adjacent transects across hybrid zones between large and dwarf ecotypes of Littorina fabalis covering wave exposure gradients in a Swedish island. Applying whole-genome sequences we found 12 putative inversions reaching near differential fixation between the opposite ends of each transect, and being in strong linkage disequilibrium. These inversions cover 20% of the genome and carry 93% of divergent SNPs. Bimodal hybrid zones in both transects indicate that the two ecotypes of Littorina fabalis maintain their genetic and phenotypic integrity following contact due to strong coupling between inversion clines that strengthened the reproductive barrier. The bimodality resulting from the linked inversions extends into collinear parts of the genome, suggesting a genome-wide coupling. Demographic inference suggests that the coupling built up during a period of allopatry, and has been maintained for more than 1K generations after secondary contact. Overall, this study shows that the coupling of multiple chromosomal inversions contributes to strong reproductive isolation. Importantly, two of the inversions overlap with inverted genomic regions associated with ecotype differences in a closely-related species (L. saxatilis), suggesting the same regions, with similar structural variants, repeatedly contribute to ecotype evolution in distinct species.

Species within nearly all extant animal lineages are capable of regenerating body parts. However, it remains unclear whether the gene expression programme controlling regeneration is evolutionarily conserved. Brittle stars are a species-rich class of echinoderms with outstanding regenerative abilities, but investigations into the genetic bases of regeneration in this group have been hindered by the limited available genomic resources. Here, we report a chromosome-scale genome assembly for the brittle star Amphiura filiformis. We show that the brittle star displays the most rearranged genome amongst echinoderms sequenced to date, featuring a reorganised Hox cluster reminiscent of the rearrangements observed in sea urchins. In addition, we performed an extensive profiling of gene expression throughout brittle star adult arm regeneration and identified sequential waves of gene expression governing wound healing, proliferation and differentiation. We conducted comparative transcriptomic analyses with other invertebrate and vertebrate models for appendage regeneration and uncovered hundreds of genes with conserved expression dynamics, notably during the proliferative phase of regeneration. Our findings emphasise the crucial importance of echinoderms to detect long-range expression conservation between vertebrates and classical invertebrate regeneration model systems.