Abstract Genome assemblies are currently being produced at an impressive rate by consortia and individual laboratories. The low costs and increasing efficiency of sequencing technologies have opened up a whole new world of genomic biodiversity. Although these technologies generate high-quality genome assemblies, there are still genomic regions difficult to assemble, like repetitive elements and GC-rich regions (genomic “dark matter”). In this study, we compare the efficiency of currently used sequencing technologies (short/linked/long reads and proximity ligation maps) and combinations thereof in assembling genomic dark matter starting from the same sample. By adopting different de-novo assembly strategies, we were able to compare each individual draft assembly to a curated multiplatform one and identify the nature of the previously missing dark matter with a particular focus on transposable elements, multi-copy MHC genes, and GC-rich regions. Thanks to this multiplatform approach, we demonstrate the feasibility of producing a high-quality chromosome-level assembly for a non-model organism (paradise crow) for which only suboptimal samples are available. Our approach was able to reconstruct complex chromosomes like the repeat-rich W sex chromosome and several GC-rich microchromosomes. Telomere-to-telomere assemblies are not a reality yet for most organisms, but by leveraging technology choice it is possible to minimize genome assembly gaps for downstream analysis. We provide a roadmap to tailor sequencing projects around the completeness of both the coding and non-coding parts of the genomes.

Abstract Structural variants (SVs) are DNA mutations that can have relevant effects at micro- and macro-evolutionary scales. The detection of SVs is largely limited by the type and quality of sequencing technologies adopted, therefore genetic variability linked to SVs may remain undiscovered, especially in complex repetitive genomic regions. In this study, we used a combination of long-read and linked-read genome assemblies to investigate the occurrence of insertions and deletions across the chromosomes of 14 species of birds-of-paradise and two species of estrildid finches including highly repetitive W chromosomes. The species sampling encompasses most genera and representatives from all major clades of birds-of-paradise, allowing comparisons between individuals of the same species, genus, and family. We found the highest densities of SVs to be located on the microchromosomes and on the female-specific W chromosome. Genome assemblies of multiple individuals from the same species allowed us to compare the levels of genetic variability linked to SVs and single nucleotide polymorphisms (SNPs) on the W and other chromosomes. Our results demonstrate that the avian W chromosome harbours more genetic variability than previously thought and that its structure is shaped by the continuous accumulation and turnover of transposable element insertions, especially endogenous retroviruses.

Advances in long-read sequencing technology have shifted a key challenge in biodiversity genomics from DNA sequencing and genome assembly to obtaining suitable samples. Although flash-frozen samples remain the gold standard, they are often unattainable. In contrast, natural history collections worldwide harbor millions of ethanol-preserved samples, but such samples remain largely unutilized for long-read sequencing. Here, we use ethanol-preserved samples containing kilobase-sized DNA to show that amplification-free long-read sequencing can yield contiguous genome assemblies, which we exemplify using two catfish species. For other samples, where amplification-free protocols failed, we show that a modified protocol employing an alternative polymerase can successfully overcome issues related to long-read sequencing and PCR bias. For the maned sloth Bradypus torquatus, we demonstrate that this modified protocol together with long-range HiC data achieves a high-quality chromosome-level assembly of its 3.1 Gb genome, surpassing the previous 500 Mb genome size limit of the previous protocol. Moreover, our modified protocol also improves assembly quality and completeness for various other species that require amplification because of low sequencing performance or very small DNA amounts in tiny millimeter-sized organisms. Together, by highlighting collections as valuable but underexplored sample resources for long-read sequencing and by facilitating genome assemblies of small and challenging organisms, our study advances biodiversity genomics and global efforts to obtain reference genomes of all eukaryotes.

Sexual selection can directly contribute to reproductive isolation and is an important mechanism that can lead to speciation. Lek-mating is one of the most extreme forms of sexual selection, but surprisingly does not seem to preclude occasional hybridization in nature. However, hybridization among lekking species may still be trivial if selection against offspring with intermediate phenotypes prohibits introgression. Here we investigate this further by sequencing the genomes of nearly all bird-of-paradise (Paradisaeidae) species and 10 museum specimens of putative hybrid origin. We find that intergeneric hybridization indeed still takes place despite extreme differentiation in form, plumage, and behavior. In parallel, the genomes of contemporary species contain widespread signatures of past introgression, demonstrating that hybridization has repeatedly resulted in shared genetic variation despite strong sexual isolation. Our study raises important questions about extrinsic factors that modulate hybridization probability and the evolutionary consequences of introgressive hybridization between lekking species.

ABSTRACT Tropical islands are renowned as natural laboratories for evolutionary study. Lineage radiations across tropical archipelagos are ideal systems for investigating how colonization, speciation, and extinction processes shape biodiversity patterns. The expansion of the island thrush across the Indo-Pacific represents one of the largest yet most perplexing island radiations of any songbird species. The island thrush exhibits a complex mosaic of pronounced plumage variation across its range, and is arguably the world’s most polytypic bird. It is a sedentary species largely restricted to mountain forests, yet it has colonized a vast island region spanning a quarter of the globe. We conducted comprehensive sampling of island thrush populations and obtained genome-wide SNP data, which we used to reconstruct its phylogeny, population structure, gene flow, and demographic history. The island thrush evolved from migratory Palearctic ancestors and radiated explosively across the Indo-Pacific during the Pleistocene, with numerous instances of gene flow between populations. Its bewildering plumage variation masks a biogeographically intuitive stepping stone colonization path from the Philippines through the Greater Sundas, Wallacea and New Guinea to Polynesia. The island thrush’s success in colonizing Indo-Pacific mountains can be understood in light of its ancestral mobility and adaptation to cool climates; however, shifts in elevational range, degree of plumage variation and apparent dispersal rates in the eastern part of its range raise further intriguing questions about its biology.

ABSTRACT Mountain biotas have considerable conservation and research importance, but the formation of montane communities remains incompletely understood. Study of Indo-Pacific island faunas has inspired two main hypotheses for the generation of montane diversity. The first posits that montane populations arise via direct colonization from other mountain areas, while the second invokes recruitment from adjacent lowland populations. We sought to reconcile these apparently conflicting hypotheses by asking whether a species’ ancestral geographic origin determines its mode of mountain colonization. To this end, island-dwelling passerine birds at the faunal crossroads between Eurasia and Australo-Papua provide an ideal study system. We recovered the phylogenetic relationships of the region’s montane species, and used this information to reconstruct their ancestral geographic ranges, elevational ranges, and migratory behavior. We also performed genomic population studies of three super-dispersive montane species/clades with broad island distributions. Eurasian-origin species populated archipelagos via direct colonization between mountains. This mode of colonization appears related to ancestral adaptations to cold and seasonal Palearctic climates, specifically short-distance migration. Australo-Papuan-origin mountain populations, by contrast, evolved from lowland ancestors, and highland distribution mostly precludes their further colonization of island mountains. The patterns and processes revealed for this group are compatible with taxon cycles, a hypothesized process of lowland lineage expansion followed by montane relictualization. Collectively, our analyses explain much of the distributional variation within a complex biological system, and provide a synthesis of two seemingly discordant hypotheses for montane community formation.

Abstract Despite large differences in morphology, behavior and lek-mating strategies the birds-of-paradise are known to hybridize occasionally, even across different genera. Many of these bird-of-paradise hybrids were originally described as distinct species based on large morphological differences when compared to recognized species. Nowadays, these specimens are generally recognized as hybrids based on morphological assessments. Having fascinated naturalists for centuries, hybrid specimens of birds-of-paradise have been collected and the specimens kept in Natural History Collections. In the present study, we utilize this remarkable resource in a museomics framework and evaluate the genomic composition of most described intergeneric hybrids and some intrageneric hybrids. We show that the majority of investigated specimens are first-generation hybrids and that the parental species, in most cases, are in line with prior morphological assessments. We also identify two specimens that are the result of introgressive hybridization between different genera. Additionally, two specimens exhibit hybrid morphologies but have no identifiable signals of hybridization, which may indicate that minor levels of introgression can have large morphological effects. Our findings provide direct evidence of contemporary introgressive hybridization taking place between genera of birds-of-paradise in nature, despite markedly different morphologies and lek-mating behaviors.

Accurate gene tree inference is an important aspect of species tree estimation in a summary-coalescent framework. Yet, in empirical studies, inferred gene trees differ in accuracy due to stochastic variation in phylogenetic signal between targeted loci. Empiricists should therefore examine the consistency of species tree inference, while accounting for the observed heterogeneity in gene tree resolution of phylogenomic datasets. Here, we assess the impact of gene tree estimation error on summary-coalescent species tree inference by screening ~2000 exonic loci based on gene tree resolution prior to phylogenetic inference. We focus on a phylogenetically challenging radiation of Australian lizards (genus Cryptoblepharus, Scincidae) and explore effects on topology and support. We identify a well-supported topology based on all loci and find that a relatively small number of high-resolution gene trees can be sufficient to converge on the same topology. Adding gene trees with decreasing resolution produced a generally consistent topology, and increased confidence for specific bipartitions that were poorly supported when using a small number of informative loci. This corroborates coalescent-based simulation studies that have highlighted the need for a large number of loci to confidently resolve challenging relationships and refutes the notion that low-resolution gene trees introduce phylogenetic noise. Further, our study also highlights the value of quantifying changes in nodal support across locus subsets of increasing size (but decreasing gene tree resolution). Such detailed analyses can reveal anomalous fluctuations in support at some nodes, suggesting the possibility of model violation. By characterizing the heterogeneity in phylogenetic signal among loci, we can account for uncertainty in gene tree estimation and assess its effect on the consistency of the species tree estimate. We suggest that the evaluation of gene tree resolution should be incorporated in the analysis of empirical phylogenomic datasets. This will ultimately increase our confidence in species tree estimation using summary-coalescent methods and enable us to exploit genomic data for phylogenetic inference.

Abstract Studying hybrid zones that form between morphologically cryptic taxa offers valuable insights into the mechanisms of cryptic speciation and the evolution of reproductive barriers. Although hybrid zones have long been the focus of evolutionary studies, the awareness of cryptic hybrid zones increased recently due to rapidly growing evidence of biological diversity lacking obvious phenotypic differentiation. The characterization of cryptic hybrid zones with genome‐wide analysis is in its early stages and offers new perspectives for studying population admixture and thus the impact of gene flow. In this study, we investigate the population genomics of the Myotis nattereri complex in one of its secondary contact zones, where a putative hybrid zone is formed between two of its cryptic lineages. By utilizing a whole‐genome shotgun sequencing approach, we aim to characterize this cryptic hybrid zone in detail. Demographic analysis suggests that the cryptic lineages diverged during the Pliocene, c. 3.6 million years ago. Despite this ancient separation, the populations in the contact zone exhibit mitochondrial introgression and a considerable amount of mixing in nuclear genomes. The genomic structure of the populations corresponds to geographic locations and the genomic admixture changes along a geographic gradient. These findings suggest that there is no effective hybridization barrier between both lineages, nevertheless, their population structure is shaped by dispersal barriers. Our findings highlight how such deeply diverged cryptic lineages can still readily hybridize in secondary contact.

New Guinea, the largest tropical island, is topographically complex and is dominated by a large central mountain range surrounded by multiple smaller isolated mountain regions along its perimeter. The island is biologically hyper-diverse and harbours an avifauna with many species found only there. The family Melampittidae is endemic to New Guinea and consists of two monotypic genera: Melampitta lugubris (Lesser Melampitta) and Megalampitta gigantea (Greater Melampitta). Both Melampitta species have scattered and disconnected distributions across New Guinea in the central mountain range and in some of the outlying ranges. While M. lugubris is common and found in most montane regions of the island, M. gigantaea is elusive and known from only six localities in isolated pockets on New Guinea with very specific habitats of limestone and sinkholes. In this project, we apply museomics to determine the population structure and demographic history of these two species. We re-sequenced the genomes of all seven known M. gigantaea samples housed in museum collections as well as 24 M. lugubris samples from across its distribution. By comparing population structure between the two species, we investigate to what extent habitat dependence, such as in M. gigantaea, may affect population connectivity. Phylogenetic and population genomic analyses, as well as acoustic differentiation, revealed that M. gigantaea consists of a single population in contrast to M. lugubris that shows much stronger population structure across the island. This work sheds new light on the mechanisms that have shaped the intriguing distribution of the two species within this family and is a prime example of the importance of museum collections for genomic studies of poorly known and rare species.