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.

Abstract When a high-quality genome assembly of a target species is unavailable, an option to avoid the costly de novo assembly process is a mapping-based assembly. However, mapping shotgun data to a distant relative may lead to biased or erroneous evolutionary inference. Here, we used short-read data from a mammal and a bird species (beluga and rowi kiwi) to evaluate whether reference genome phylogenetic distance can impact downstream demographic (PSMC) and genetic diversity (heterozygosity, runs of homozygosity) analyses. We mapped to assemblies of species of varying phylogenetic distance (conspecific to genome-wide divergence of >7%), and de novo assemblies created using cross-species scaffolding. We show that while reference genome phylogenetic distance has an impact on demographic analyses, it is not pronounced until using a reference genome with >3% divergence from the target species. When mapping to cross-species scaffolded assemblies, we are unable to replicate the original beluga demographic analyses, but can with the rowi kiwi, presumably reflecting the more fragmented nature of the beluga assemblies. As for genetic diversity estimates, we find that increased phylogenetic distance has a pronounced impact; heterozygosity estimates deviate incrementally as phylogenetic distance increases. Moreover, runs of homozygosity are removed when mapping to any non-conspecific assembly. However, these biases can be reduced when mapping to a cross-species scaffolded assembly. Taken together, our results show that caution should be exercised when selecting the reference genome for mapping assemblies. Cross-species scaffolding may offer a way to avoid a costly, traditional de novo assembly, while still producing robust, evolutionary inference.

Abstract Large vertebrates are extremely sensitive to anthropogenic pressure, and their populations are declining fast. The white rhinoceros ( Ceratotherium simum ) is a paradigmatic case: this African megaherbivore suffered a remarkable population reduction in the last 150 years due to human activities. The two white rhinoceros subspecies, the northern (NWR) and the southern white rhinoceros (SWR), however, underwent opposite fates: the NWR vanished quickly after the onset of the decline, while the SWR recovered after a severe bottleneck. Such demographic events are predicted to have an erosive effect at the genomic level, in connection with the extirpation of diversity, and increased genetic drift and inbreeding. However there is currently little empirical data available that allows us to directly reconstruct the subtleties of such processes in light of distinct demographic histories. Therefore to assess these effects, we generated a whole-genome, temporal dataset consisting of 52 re-sequenced white rhinoceros genomes, that represents both subspecies at two time windows: before and during/after the bottleneck. Our data not only reveals previously unknown population substructure within both subspecies, but allowed us to quantify the genomic erosion undergone by both, with post-bottleneck white rhinoceroses harbouring significantly fewer heterozygous sites, and showing higher inbreeding coefficients than pre-bottleneck individuals. Moreover, the effective population size suffered a decrease of two and three orders of magnitude in the NWR and SWR respectively, due to the recent bottleneck. Our data therefore provides much needed empirical support for theoretical predictions about the genomic consequences of shrinking populations, information that is relevant for understanding the process of population extinction. Furthermore, our findings have the potential to inform management approaches for the conservation of the remaining white rhinoceroses.

Abstract The blue antelope ( Hippotragus leucophaeus ) is the only large African mammal species to have become extinct in historical times, yet no nuclear genomic information is available for this species. A recent study showed that many alleged blue antelope museum specimens are either roan ( H. equinus ) or sable ( H. niger ) antelopes, further reducing the possibilities for obtaining genomic information for this extinct species. While the blue antelope has a rich fossil record from South Africa, climatic conditions in the region are unfavourable to the preservation of ancient DNA. Nevertheless, we recovered two blue antelope draft genomes, one at 3.4x mean coverage from a historical specimen (~200 years old) and one at 2.1x mean coverage from a fossil specimen dating to 9,800–9,300 cal BP, making it currently the oldest palaeogenome from Africa. Phylogenomics show that blue and sable antelope are sister species, confirming previous mitogenomic results, and demonstrate ancient gene flow from roan into blue antelope. We show that blue antelope genomic diversity was much lower than in roan and sable antelopes, indicative of a low population size since at least the early Holocene. This supports observations from the fossil record documenting major decreases in the abundance of blue antelope after the Pleistocene-Holocene transition. Finally, the persistence of this species throughout the Holocene despite low population size suggests that colonial-era human impact was likely a decisive factor in the blue antelope’s extinction.

Abstract The study of South American camelids and their domestication is a highly debated topic in zooarchaeology. Identifying the domestic species (alpaca and llama) in archaeological sites based solely on morphological data is challenging due to their similarity with respect to their wild ancestors. Using genetic methods also present challenges due to the hybridization history of the domestic species, which are thought to have extensively hybridized following the Spanish conquest of South America that resulted in camelids slaughtered en-masse. In this study we generated mitochondrial genomes for 61 ancient South American camelids dated between 3,500 - 2,400 years before the present (Early Formative period) from two archaeological sites in Northern Chile (Tulán 54 and 85), as well as 66 modern camelid mitogenomes and 815 extant mitochondrial control region sequences from across South America. In addition, we performed osteometric analyses to differentiate big and small body size camelids. A comparative analysis of these data suggests that a substantial proportion of the ancient vicuña genetic variation has been lost since the Early Formative period as it is not present in modern specimens. Moreover, we propose a model of domestication that includes an ancient guanaco population that no longer exists. Finally, we find evidence that interbreeding practices were widespread during the domestication process by the early camelid herders in the Atacama during the Early Formative period and predating the Spanish conquest.

Summary The bowhead whale, an Arctic endemic, was heavily overexploited during commercial whaling between the 16th-20th centuries 1 . Current climate warming, with Arctic amplification of average global temperatures, poses a new threat to the species 2 . Assessing the vulnerability of bowhead whales to near-future predictions of climate change remains challenging, due to lacking data on population dynamics prior to commercial whaling and responses to past climatic change. Here, we integrate palaeogenomics and stable isotope ( δ 13 C and δ 15 N) analysis of 201 bowhead whale fossils from the Atlantic Arctic with palaeoclimate and ecological modelling based on 823 radiocarbon dated fossils, 151 of which are new to this study. We find long-term resilience of bowhead whales to Holocene environmental perturbations, with no obvious changes in genetic diversity or population structure, despite large environmental shifts and centuries of whaling by Indigenous peoples prior to commercial harvests. Leveraging our empirical data, we simulated a time-series model to quantify population losses associated with commercial whaling. Our results indicate that commercial exploitation induced population subdivision and losses of genetic diversity that are yet to be fully realised; declines in genetic diversity will continue, even without future population size reductions, compromising the species’ resilience to near-future predictions of Arctic warming.

Abstract The extinct Camelus knoblochi is known as the largest camel in genus Camelus , but its relationship to modern Camelus species remains unclear. In this study, we reported the first mitochondrial and nuclear analyses of seven Late Pleistocene C. knoblochi samples from Northeastern China. We found that they are inseparable to wild Bactrian camel on the matrilineal side, but belong to a distinct cluster on the biparental nuclear side. Further admixture proportion analyses suggested hybrid ancestry between both the ancestors of the modern wild and domesticated Bactrian camels, with ~65% contribution from the former and ~35% from the later. By calculating the coalescence time for three Camelus species above, we estimated the hybridization event occurred between approximately 0.8 and 0.33 Ma. We also used Bayesian skyline to reconstruct the maternal demographic trajectories for different Camelus to better compare their evolutionary histories. Our results provide molecular insights into C. knoblochi and fill in a vital piece in understanding the genus Camelus .

Abstract The Arctic is among the most climatically sensitive environments on Earth, and the disappearance of multiyear sea-ice in the Arctic Ocean is predicted within decades. As apex predators, polar bears are sentinel species for addressing the impact of environmental variability on Arctic marine ecosystems. By integrating genomics, isotopic analysis, morphometrics, and ecological modelling, we investigate how Holocene environmental changes affected the evolutionary ecology of polar bears around Greenland. We show that throughout the last ∼11,000 years, Greenlandic polar bears have been heavily influenced by changes in sea-surface temperature (SST) and sea-ice cover. Most notable are major reductions in effective population size at the beginning of the Holocene and during the Holocene Thermal Maximum ∼6 kya, which coincide with increases in annual mean SST, reduction in sea-ice covers, declines in suitable habitat, and shifts in suitable habitat northwards. Furthermore, we show how individuals sampled from west and east Greenland are genetically, morphologically, and ecologically distinct. We find bears sampled in west Greenland to be larger, more genetically diverse and have diets dominated by ringed seals, whereas bears from east Greenland are smaller and less diverse with more varied diets, putatively driven by regional biotic differences. Taken together, we provide novel insights into the vulnerability of polar bears to environmental change, and how the Arctic marine ecosystem plays a vital role in shaping the evolutionary and ecological trajectories of its inhabitants. Teaser Multivariate investigations of the environment’s role in the evolutionary ecology of Greenlandic polar bears.

Abstract Within evolutionary biology, mitochondrial genomes (mitogenomes) provide useful insights at both population and species level. Several approaches are available to assemble mitogenomes. However, most are not suitable for divergent, extinct species, due to the requirement of a reference mitogenome from a conspecific or close relative, and relatively high-quality DNA. Iterative mapping can overcome the lack of a close reference sequence, and has been applied to an array of extinct species. Despite its widespread use, the accuracy of the reconstructed assemblies are yet to be comprehensively assessed. Here, we investigated the influence of mapping software (BWA or MITObim), parameters, and bait reference phylogenetic distance on the accuracy of the reconstructed assembly using two simulated datasets: (i) spotted hyena and various mammalian bait references, and (ii) southern cassowary and various avian bait references. Specifically, we assessed the accuracy of results through pairwise distance (PWD) to the reference conspecific mitogenome, number of incorrectly inserted base pairs (bp), and total length of the reconstructed assembly. We found large discrepancies in the accuracy of reconstructed assemblies using different mapping software, parameters, and bait references. PWD to the reference conspecific mitogenome, which reflected the level of incorrect base calls, was consistently higher with BWA than MITObim. The same was observed for the number of incorrectly inserted bp. In contrast, the total sequence length was lower. Overall, the most accurate results were obtained with MITObim using mismatch values of 3 or 5, and the phylogenetically closest bait reference sequence. Accuracy could be further improved by combining results from multiple bait references. We present the first comprehensive investigation of how mapping software, parameters, and bait reference influence mitogenome reconstruction from ancient DNA through iterative mapping. Our study provides information on how mitogenomes are best reconstructed from divergent, short-read data. By obtaining the most accurate reconstruction possible, one can be more confident as to the reliability of downstream analyses, and the evolutionary inferences made from them.

Abstract Due to their limited dispersal ability, fossorial species with predominantly belowground activity usually show increased levels of population subdivision across relatively small spatial scales. This may be exacerbated in harsh mountain ecosystems, where landscape geomorphology limits species’ dispersal ability and leads to small effective population sizes, making species susceptible to environmental change. The giant root-rat ( Tachyoryctes macrocephalus ) is a highly fossorial rodent confined to the afro-alpine ecosystem of the Bale Mountains in Ethiopia. Using mitochondrial and low-coverage nuclear genomes, we investigated 77 giant root-rat individuals sampled from nine localities across its whole ∼1,000 km 2 range. Our data revealed a distinct division into a northern and southern subpopulation, with no signs of gene flow, and higher nuclear genetic diversity in the south. Landscape genetic analyses of the mitochondrial genomes indicated that population subdivision was driven by steep slopes and elevation differences of up to 500 m across escarpments separating the north and south, potentially reinforced by glaciation of the south during the Late Pleistocene (∼42,000 to 16,000 years ago). Despite the pronounced subdivision observed at the range-wide scale, weak geographic structuring of sampling localities within subpopulations indicated gene flow across distances of at least 16 km, suggesting aboveground dispersal and high mobility for relatively long distances. Our study highlights how topographic barriers can lead to the genetic subdivision of fossorial species, despite their potential to maintain gene flow at the local scale. These factors can reduce genetic variability, which should be considered when developing conservation strategies.