Climate change in the past has led to significant changes in species' distributions. However, how individual species respond to climate change depends largely on their adaptations and environmental tolerances. In the Quaternary, temperate-adapted taxa are in general confined to refugia during glacials while cold-adapted taxa are in refugia during interglacials. In the Northern Hemisphere, evidence appears to be mounting that in addition to traditional southern refugia for temperate species, cryptic refugia existed in the North during glacials. Equivalent cryptic southern refugia, to the south of the more conventional high-latitude polar refugia, exist in montane areas during periods of warm climate, such as the current interglacial. There is also a continental/oceanic longitudinal gradient, which should be included in a more complete consideration of the interaction between species ranges and climates. Overall, it seems clear that there is large variation in both the size of refugia and the duration during which species are confined to them. This has implications for the role of refugia in the evolution of species and their genetic diversity.

•There are few examples of genomic data being used in conservation biology. •Many uncertainties accompany genomic analyses and interpretations. •We discuss how best to deal with these uncertainties in a conservation setting. •We outline why uptake has been difficult for practitioners and offer a solution. The global loss of biodiversity continues at an alarming rate. Genomic approaches have been suggested as a promising tool for conservation practice as scaling up to genome-wide data can improve traditional conservation genetic inferences and provide qualitatively novel insights. However, the generation of genomic data and subsequent analyses and interpretations remain challenging and largely confined to academic research in ecology and evolution. This generates a gap between basic research and applicable solutions for conservation managers faced with multifaceted problems. Before the real-world conservation potential of genomic research can be realized, we suggest that current infrastructures need to be modified, methods must mature, analytical pipelines need to be developed, and successful case studies must be disseminated to practitioners. The global loss of biodiversity continues at an alarming rate. Genomic approaches have been suggested as a promising tool for conservation practice as scaling up to genome-wide data can improve traditional conservation genetic inferences and provide qualitatively novel insights. However, the generation of genomic data and subsequent analyses and interpretations remain challenging and largely confined to academic research in ecology and evolution. This generates a gap between basic research and applicable solutions for conservation managers faced with multifaceted problems. Before the real-world conservation potential of genomic research can be realized, we suggest that current infrastructures need to be modified, methods must mature, analytical pipelines need to be developed, and successful case studies must be disseminated to practitioners. a region of the genome under selection that encodes a phenotype (or is closely linked to a causative locus) with fitness consequences in a particular environment. the process of delineating and assigning function to genetic sequences. the loss of genetic diversity at neutrally evolving sites that are linked to sites under purifying selection. genes putatively underlying variation in a certain phenotype. a retrospective population genetics framework that traces genetic variants of a locus to the most recent common ancestor. Used to infer demographic parameters of population histories. uses genetic markers to help conserve biodiversity and manage species and populations. Traditional genetic markers include allozymes, microsatellites, and targeted gene sequences. uses genome-wide information to help conserve biodiversity and manage species and populations. Genomic data is derived from high-throughput sequencing technology. Relevant examples are whole genome resequencing and targeted approaches like exome sequencing, GBS, SNP genotyping, and transcriptome sequencing. a population genetics convention describing the number of breeding individuals in an ideal population that would lose genetic variation at the same rate as the observed population. DNA found in environmental samples (e.g., water, soil) that can be used in genetic or genomic analysis. This contrasts with traditional approaches that target a specific organism or tissue. the loss of genetic variants due to random sampling from one generation to the next. the process of ordering and orienting sequencing into a contiguous consensus sequence of the genome. the sequencing of a repeatable subset of the genome seeded by restriction enzyme recognition sites. Restriction site-associated DNA sequencing (RAD-seq) is another commonly used term. particular combinations of alleles at collinear positions along a stretch of DNA. the increase of genomic segments in identity by descent due to mating between closely related individuals. Results in an increase in homozygosity, potentially revealing detrimental recessive alleles with negative fitness consequences. the non-random association of alleles at two or more loci. homologous DNA sequence descended from a shared common ancestor. a region of the genome that, based on user-defined criteria (often extreme population differentiation), deviates from the rest of the entire genome. the process of genetic exchange between homologous chromosomes, often resulting in a new combination of alleles. the set of all RNA molecules transcribed from a DNA template.

Summary

 Polar bears are uniquely adapted to life in the High Arctic and have undergone drastic physiological changes in response to Arctic climates and a hyperlipid diet of primarily marine mammal prey. We analyzed 89 complete genomes of polar bear and brown bear using population genomic modeling and show that the species diverged only 479–343 thousand years BP. We find that genes on the polar bear lineage have been under stronger positive selection than in brown bears; nine of the top 16 genes under strong positive selection are associated with cardiomyopathy and vascular disease, implying important reorganization of the cardiovascular system. One of the genes showing the strongest evidence of selection, APOB, encodes the primary lipoprotein component of low-density lipoprotein (LDL); functional mutations in APOB may explain how polar bears are able to cope with life-long elevated LDL levels that are associated with high risk of heart disease in humans. 

PaperClip

The origin of domestic dogs is poorly understood [1-15], with suggested evidence of dog-like features in fossils that predate the Last Glacial Maximum [6, 9, 10, 14, 16] conflicting with genetic estimates of a more recent divergence between dogs and worldwide wolf populations [13, 15, 17-19]. Here, we present a draft genome sequence from a 35,000-year-old wolf from the Taimyr Peninsula in northern Siberia. We find that this individual belonged to a population that diverged from the common ancestor of present-day wolves and dogs very close in time to the appearance of the domestic dog lineage. We use the directly dated ancient wolf genome to recalibrate the molecular timescale of wolves and dogs and find that the mutation rate is substantially slower than assumed by most previous studies, suggesting that the ancestors of dogs were separated from present-day wolves before the Last Glacial Maximum. We also find evidence of introgression from the archaic Taimyr wolf lineage into present-day dog breeds from northeast Siberia and Greenland, contributing between 1.4% and 27.3% of their ancestry. This demonstrates that the ancestry of present-day dogs is derived from multiple regional wolf populations.

The processes leading up to species extinctions are typically characterized by prolonged declines in population size and geographic distribution, followed by a phase in which populations are very small and may be subject to intrinsic threats, including loss of genetic diversity and inbreeding [1Caughley G. Directions in conservation biology.J. Anim. Ecol. 1994; 63: 215-244Crossref Scopus (1514) Google Scholar]. However, whether such genetic factors have had an impact on species prior to their extinction is unclear [2Spielman D. Brook B.W. Frankham R. Most species are not driven to extinction before genetic factors impact them.Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004; 101: 15261-15264Crossref PubMed Scopus (807) Google Scholar, 3Jamieson I.G. Allendorf F.W. How does the 50/500 rule apply to MVPs?.Trends Ecol. Evol. 2012; 27: 578-584Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (194) Google Scholar]; examining this would require a detailed reconstruction of a species’ demographic history as well as changes in genome-wide diversity leading up to its extinction. Here, we present high-quality complete genome sequences from two woolly mammoths (Mammuthus primigenius). The first mammoth was sequenced at 17.1-fold coverage and dates to ∼4,300 years before present, representing one of the last surviving individuals on Wrangel Island. The second mammoth, sequenced at 11.2-fold coverage, was obtained from an ∼44,800-year-old specimen from the Late Pleistocene population in northeastern Siberia. The demographic trajectories inferred from the two genomes are qualitatively similar and reveal a population bottleneck during the Middle or Early Pleistocene, and a more recent severe decline in the ancestors of the Wrangel mammoth at the end of the last glaciation. A comparison of the two genomes shows that the Wrangel mammoth has a 20% reduction in heterozygosity as well as a 28-fold increase in the fraction of the genome that comprises runs of homozygosity. We conclude that the population on Wrangel Island, which was the last surviving woolly mammoth population, was subject to reduced genetic diversity shortly before it became extinct.

Whole-genome sequencing projects are increasingly populating the tree of life and characterizing biodiversity1–4. Sparse taxon sampling has previously been proposed to confound phylogenetic inference5, and captures only a fraction of the genomic diversity. Here we report a substantial step towards the dense representation of avian phylogenetic and molecular diversity, by analysing 363 genomes from 92.4% of bird families—including 267 newly sequenced genomes produced for phase II of the Bird 10,000 Genomes (B10K) Project. We use this comparative genome dataset in combination with a pipeline that leverages a reference-free whole-genome alignment to identify orthologous regions in greater numbers than has previously been possible and to recognize genomic novelties in particular bird lineages. The densely sampled alignment provides a single-base-pair map of selection, has more than doubled the fraction of bases that are confidently predicted to be under conservation and reveals extensive patterns of weak selection in predominantly non-coding DNA. Our results demonstrate that increasing the diversity of genomes used in comparative studies can reveal more shared and lineage-specific variation, and improve the investigation of genomic characteristics. We anticipate that this genomic resource will offer new perspectives on evolutionary processes in cross-species comparative analyses and assist in efforts to conserve species. A dataset of the genomes of 363 species from the Bird 10,000 Genomes Project shows increased power to detect shared and lineage-specific variation, demonstrating the importance of phylogenetically diverse taxon sampling in whole-genome sequencing.

Dogs were the first domestic animal, but little is known about their population history and to what extent it was linked to humans. We sequenced 27 ancient dog genomes and found that all dogs share a common ancestry distinct from present-day wolves, with limited gene flow from wolves since domestication but substantial dog-to-wolf gene flow. By 11,000 years ago, at least five major ancestry lineages had diversified, demonstrating a deep genetic history of dogs during the Paleolithic. Coanalysis with human genomes reveals aspects of dog population history that mirror humans, including Levant-related ancestry in Africa and early agricultural Europe. Other aspects differ, including the impacts of steppe pastoralist expansions in West and East Eurasia and a near-complete turnover of Neolithic European dog ancestry.

The grey wolf (Canis lupus) was the first species to give rise to a domestic population, and they remained widespread throughout the last Ice Age when many other large mammal species went extinct. Little is known, however, about the history and possible extinction of past wolf populations or when and where the wolf progenitors of the present-day dog lineage (Canis familiaris) lived1-8. Here we analysed 72 ancient wolf genomes spanning the last 100,000 years from Europe, Siberia and North America. We found that wolf populations were highly connected throughout the Late Pleistocene, with levels of differentiation an order of magnitude lower than they are today. This population connectivity allowed us to detect natural selection across the time series, including rapid fixation of mutations in the gene IFT88 40,000-30,000 years ago. We show that dogs are overall more closely related to ancient wolves from eastern Eurasia than to those from western Eurasia, suggesting a domestication process in the east. However, we also found that dogs in the Near East and Africa derive up to half of their ancestry from a distinct population related to modern southwest Eurasian wolves, reflecting either an independent domestication process or admixture from local wolves. None of the analysed ancient wolf genomes is a direct match for either of these dog ancestries, meaning that the exact progenitor populations remain to be located.