We used 20 de novo genome assemblies to probe the speciation history and architecture of gene flow in rapidly radiating Heliconius butterflies. Our tests to distinguish incomplete lineage sorting from introgression indicate that gene flow has obscured several ancient phylogenetic relationships in this group over large swathes of the genome. Introgressed loci are underrepresented in low-recombination and gene-rich regions, consistent with the purging of foreign alleles more tightly linked to incompatibility loci. Here, we identify a hitherto unknown inversion that traps a color pattern switch locus. We infer that this inversion was transferred between lineages by introgression and is convergent with a similar rearrangement in another part of the genus. These multiple de novo genome sequences enable improved understanding of the importance of introgression and selective processes in adaptive radiation.

Abstract Insect silk is an incredibly versatile biomaterial. Lepidoptera and their sister lineage, Trichoptera, display some of the most diverse uses of silk with varying strength, adhesive qualities and elastic properties. It is well known that silk fibroin genes are long (> 20 kb) and have many repetitive motifs. These features make these genes challenging to sequence. Most research thus far has focused on conserved N- and C-terminal regions of fibroin genes because a full comparison of repetitive regions across taxa has not been possible. Using the PacBio Sequel II system and SMRT sequencing, we generated high fidelity (HiFi) long-read genomic and transcriptomic sequences for the Indianmeal moth ( Plodia interpunctella ) and genomic sequences for the caddisfly, Eubasilissa regina . Both genomes were highly contiguous (N50 = 9.7 Mbp/32.4 Mbp, L50 = 13/11) and complete (BUSCO Complete = 99.3%/95.2%), with complete and contiguous recovery of silk heavy fibroin gene sequences. This study demonstrates that HiFi long-read sequencing can significantly help our understanding of genes with highly contiguous, repetitive regions.

Abstract Background Coevolution between modern aphids and their primary obligate, bacterial endosymbiont, Buchnera aphidicola , has been previously reported at different classification levels based on molecular phylogenetic analyses. However, the Buchnera genome remains poorly understood within the Rhus gall aphids. Results We assembled the complete genome of the endosymbiont Buchnera in 16 aphid samples, representing 13 species in all six genera of Rhus gall aphids by shotgun genome skimming method. We compared the newly assembled genomes with those from GenBank to comprehensively investigate patterns of coevolution between the bacteria Buchnera and their aphid hosts. Buchnera genomes were mostly collinear, and the pan-genome contained 684 genes, in which the core genome contained 256 genes with some lineages having large numbers of tandem gene duplications. There has been substantial gene-loss in each Buchnera lineage. We also reconstructed the phylogeny for Buchnera and their host aphids, respectively, using 72 complete genomes of Buchnera , along with the complete mitochondrial genomes and three nuclear genes of 31 corresponding host aphid accessions. The cophylogenetic test demonstrated significant coevolution between these two partner groups at individual, species, generic, and tribal levels. Conclusions Buchnera exhibits very high levels of genomic sequence divergence but relative stability in gene order. The relationship between the symbionts Buchnera and its aphid hosts shows a significant coevolutionary pattern and supports complexity of the obligate symbiotic relationship.

The evolutionary histories of species have been shaped by genomic, environmental, and morphological variation. Understanding the interactions among these sources of variation is critical to infer accurately the biogeographic history of lineages. Here, using the geographically widely distributed plum genus (Prunus, Rosaceae) as a model, we investigate how changes in genomic and environmental variation drove the diversification of this group, and we quantify the morphological features that facilitated or resulted from diversification. We sequenced 610 nuclear loci and complete chloroplast genomes from 75 species representing all major lineages in Prunus, with a special focus on the understudied tropical racemose group. The environmental variation in extant species was quantified by synthesizing bioclimatic variables into principal components of environmental variation using thousands of georeferenced herbarium specimens. We used machine learning algorithms to classify and measure morphological variation present in thousands of digitized herbarium sheet images. Our phylogenomic and biogeographic analyses revealed that ancient hybridization and/or allopolyploidy spurred the initial rapid diversification of the genus in the early Eocene, with subsequent diversification in the north temperate zone, Neotropics, and Paleotropics. This diversification involved successful transitions between tropical and temperate biomes, an exceedingly rare event in woody plant lineages, accompanied by morphological changes in leaf and reproductive morphology. The machine learning approach detected morphological variation associated with ancient hybridization and quantified the breadth of morphospace occupied by major lineages within the genus. The paleotropical lineages of Prunus have diversified steadily since the late Eocene/early Oligocene, while the neotropical lineages diversified much later. Critically, both the tropical and temperate lineages have continued to diversify. We conclude that the genomic rearrangements created by reticulation deep in the phylogeny of Prunus may explain why this group has been more successful than other groups with tropical origins that currently persist only in either tropical or temperate regions, but not both.

Abstract Trichoptera (caddisflies) play an essential role in freshwater ecosystems; for instance, larvae process organic material from the water and are food for a variety of predators. Knowledge on the genomic diversity of caddisflies can facilitate comparative and phylogenetic studies thereby allowing scientists to better understand the evolutionary history of caddisflies. While Trichoptera are the most diverse aquatic insect order, they remain poorly represented in terms of genomic resources. To date, all long-read based genomes have been sequenced from individuals in the retreat-making suborder, Annulipalpia, leaving ∼275 Ma of evolution without high-quality genomic resources. Here, we report the first long-read based de novo genome assemblies of two tube case-making Trichoptera from the suborder Integripalpia, Agrypnia vestita Walker and Hesperophylax magnus Banks. We find that these tube case-making caddisflies have genome sizes that are at least three-fold larger than those of currently sequenced annulipalpian genomes and that this pattern is at least partly driven by major expansion of repetitive elements. In H. magnus , long interspersed nuclear elements (LINEs) alone exceed the entire genome size of some annulipalpian counterparts suggesting that caddisflies have high potential as a model for understanding genome size evolution in diverse insect lineages. Significance There is a lack of genomic resources for aquatic insects. So far, only three high-quality genomes have been assembled, all from individuals in the retreat-making suborder Annulipalpia. In this article, we report the first high-quality genomes of two case-making species from the suborder Integripalpia, which are essential for studying genomic diversity across this ecologically diverse insect order. Our research reveals larger genome sizes in the tube case-makers (suborder Integripalpia, infraorder Phryganides), accompanied by a disproportionate increase of repetitive DNA. This suggests that genome size is at least partly driven by a major expansion of repetitive elements. Our work shows that caddisflies have high potential as a model for understanding how genomic diversity might be linked to functional diversification and forms the basis for detailed studies on genome size evolution in caddisflies. Data deposition This project has been deposited at NCBI under the Bioproject ID: PRJNA668166

We here pioneer a low-cost assembly strategy for 20 Heliconiini genomes to characterize the evolutionary history of the rapidly radiating genus Heliconius. A bifurcating tree provides a poor fit to the data, and we therefore explore a reticulate phylogeny for Heliconius. We probe the genomic architecture of gene flow, and develop a new method to distinguish incomplete lineage sorting from introgression. We find that most loci with non-canonical histories arose through introgression, and are strongly underrepresented in regions of low recombination and high gene density. This is expected if introgressed alleles are more likely to be purged in such regions due to tighter linkage with incompatibility loci. Finally, we identify a hitherto unrecognized inversion, and show it is a convergent structural rearrangement that captures a known color pattern switch locus within the genus. Our multi-genome assembly approach enables an improved understanding of adaptive radiation.

Polydnaviruses (PDVs) are mutualistic endogenous viruses associated with some lineages of parasitoid wasps that allow successful development of the wasps within their hosts. PDVs include two taxa resulting from independent virus acquisitions in braconid (bracoviruses) and ichneumonid wasps (ichnoviruses). PDV genomes are fully incorporated into the wasp genomes and comprise (1) virulence genes located on proviral segments that are packaged into the viral particle, and (2) genes involved in the production of the viral particles, which are not encapsidated. Whereas the genomic organization of bracoviruses within the wasp genome is relatively well known, the architecture of endogenous ichnoviruses remains poorly understood. We sequenced the genome of two ichnovirus-carrying wasp species, Hyposoter didymator and Campoletis sonorensis. Complete assemblies with long scaffold sizes allowed identification of the integrated ichnovirus, highlighting an extreme dispersion within the wasp genomes of the viral loci, i.e. isolated proviral segments and clusters of replication genes. Comparing the two wasp species, proviral segments harbor distinct gene content and variable genomic environment, whereas viral machinery clusters show conserved gene content and order, and can be inserted in collinear wasp genomic regions. This distinct architecture is consistent with the biological properties of the two viral elements: proviral segments producing virulence proteins allowing parasitism success are fine-tuned to the host physiology, while an ancestral viral architecture was likely maintained for the genes involved in virus particle production. Finding a distinct genomic architecture of ichnoviruses and bracoviruses highlights different evolutionary trajectories leading to virus domestication in the two wasp lineages.