ABSTRACT Next-generation sequencing technologies have opened a new era of research in genomics. Among these, restriction enzyme-based techniques such as restriction-site associated DNA sequencing (RADseq) or double-digest RAD-sequencing (ddRADseq) are now widely used in many population genomics fields. From DNA sampling to SNP calling, both wet and dry protocols have been discussed in the literature to identify key parameters for an optimal loci reconstruction. The impact of these parameters on downstream analyses and biological results drawn from RADseq or ddRADseq data has however not been fully explored yet. In this study, we tackled this issue by investigating the effects of ddRADseq laboratory ( i.e. wet protocol) and bioinformatics ( i.e. dry protocol) settings on loci reconstruction and inferred biological signal at two evolutionary scale using two systems: a complex of butterfly species ( Coenonympha sp. ) and populations of Common beech ( Fagus sylvatica ). Results suggest an impact of wet protocol parameters (DNA quantity, number of PCR cycles during library preparation) on the number of recovered reads and SNPs, the number of unique alleles and individual heterozygosity. We also found that bioinformatic settings ( i.e. clustering and minimum coverage thresholds) impact loci reconstruction ( e.g. number of loci, mean coverage) and SNP calling ( e.g. number of SNPs, heterozygosity). We however do not detect an impact of parameter settings on three types of analysis performed with ddRADseq data: measure of genetic differentiation, estimation of individual admixture, and demographic inferences. In addition, our work demonstrates the high reproducibility and low rate of genotyping inconsistencies of the ddRADseq protocol. Thus, our study highlights the impact of wet parameters on ddRADseq protocol with strong consequences on experimental success and biological conclusions. Dry parameters affects loci reconstruction and descriptive statistics but not biological conclusion for the two studied systems. Overall, this study illustrates, with others, the relevance of ddRADseq for population and evolutionary genomics at the inter- or intraspecific scales.

Abstract The combined actions of climatic variations and landscape barriers shape the history of natural populations. When organisms follow their shifting niches, obstacles in the landscape can lead to the splitting of populations, on which evolution will then act independently. When two such populations are reunited, secondary contact occurs in a broad range of admixture patterns, from narrow hybrid zones to the complete dissolution of lineages. A previous study suggested that barn owls colonized the Western Palearctic after the last glaciation in a ring-like fashion around the Mediterranean Sea, and conjectured an admixture zone in the Balkans. Here, we take advantage of whole-genome sequences of 94 individuals across the Western Palearctic to reveal the complex history of the species in the region using observational and modeling approaches. Even though our results confirm that two distinct lineages colonized the region, one in Europe and one in the Levant, they suggest that it predates the last glaciation and identify a narrow secondary contact zone between the two in Anatolia. Nonetheless, we also show that barn owls re-colonized Europe after the glaciation from two distinct glacial refugia: a western one in Iberia and an eastern one in Italy. Both glacial lineages now communicate via eastern Europe, in a wide and permeable contact zone. This complex history of populations enlightens the taxonomy of Tyto alba in the region, highlights the key role played by mountain ranges and large water bodies as barriers and illustrates the power of population genomics in uncovering intricate demographic patterns.

Abstract The climate fluctuations of the Quaternary shaped the movement of species in and out of glacial refugia. In Europe, the majority of species followed one of the described traditional postglacial recolonization routes from the southern peninsulas towards the north. Like most organisms, barn owls are assumed to have colonized the British Isles by crossing over Doggerland, a land bridge that connected Britain to northern Europe. However, while they are dark rufous in northern Europe, barn owls in the British Isles are conspicuously white, a contrast that could suggest selective forces are at play on the islands. However, analysis of known candidate genes involved in colouration found no signature of selection. Instead, using whole genome sequences and species distribution modelling, we found that owls colonised the British Isles soon after the last glaciation, directly from a white coloured refugium in the Iberian Peninsula, before colonising northern Europe. They would have followed a yet unknown post-glacial colonization route to the Isles over a westwards path of suitable habitat in now submerged land in the Bay of Biscay, thus not crossing Doggerland. As such, they inherited the white colour of their Iberian founders and maintained it through low gene flow with the mainland that prevents the import of rufous alleles. Thus, we contend that neutral processes likely explain this contrasting white colour compared to continental owls. With the barn owl being a top predator, we expect future research will show this unanticipated route was used by other species from its paleo community.

Abstract The maintenance of color polymorphism in populations has fascinated evolutionary biologists for decades. Studies of color variation in wild populations often focus on discrete color traits exhibiting simple inheritance patterns, while studies on continuously varying traits remain rare. Here, we studied the continuous white to rufous color polymorphism in the European barn owl ( Tyto alba ). Using a Genome Wide Association approach on whole-genome data of 75 barn owls sampled across Europe, we identified, in addition to a previously known MC1R mutation, two regions involved in this color polymorphism. We show that the combination of the three explains 80.37% (95% credible interval 58.45 to 100%) of the color variation. Among the two newly identified regions, the one on the sexual chromosome (Z) shows a large signal of differentiation in the Swiss population when contrasting individuals with different morph but the same MC1R genotype. We suggest it may play a role in the sexual dimorphism observed locally in the species. These results, uncovering two new genomic regions, provide keys to better understand the molecular bases of the color polymorphism as well as the mechanisms responsible for its maintenance in the European barn owl at both continental and local scales.

Abstract Climatic variations subject living species to evolutionary stresses and shape their distributions. Since the Last Glacial Maximum (LGM) and the subsequent temperature rise, species (re-) colonised higher latitudes. Among the evolutionary mechanisms involved during this process, local adaptation is thought to be one of the keystones of species persistence. However, its relative role and location in space remain elusive. The Western Palearctic barn owl ( Tyto alba ) recolonised Europe after the LGM (from the Italian and Iberic peninsulas) and offers an excellent opportunity to study local adaptation at the continental scale. Here, we modelled the evolution of the barn owl’s ecological niche since LGM and showed that the birds probably followed its shift towards the North during the recolonisation. To identify traces of local adaptation, we scanned the entire genomes of 74 owls from 9 European populations using both Tajima’s D and population-specific FST and associated genomic variants to temperature and precipitation through a Redundancy analysis. The combination of these methods yielded a total of 394 genomic windows putatively involved in the local adaptation distributed over all populations. Interestingly, our results identified a large region under selection in both refugial populations, consistent with climate change and ecological convergence in the two peninsulas. This study shed light on the genomic basis of local adaptation of the European barn owl, emphasised the importance of considering the ecological niche as a dynamic entity and paved the way to a better understanding of where and how local adaptation happens in a context of postglacial recolonisation.

ABSTRACT By altering gene expression and creating paralogs, genomic amplifications represent a key component of short-term adaptive processes. In insects, the use of insecticides can select gene amplifications causing an increased expression of detoxification enzymes, supporting the usefulness of these DNA markers for monitoring the dynamics of resistance alleles in the field. In this context, the present study aims to characterise a genomic amplification event associated with resistance to organophosphate insecticides in the mosquito Aedes aegypti and to develop a molecular assay to monitor the associated resistance alleles in the field. An experimental evolution experiment using a composite population from Laos supported the association between the over-transcription of multiple contiguous carboxylesterase genes on chromosome 2 and resistance to multiple organophosphate insecticides. Combining whole genome sequencing and qPCR on specific genes confirmed the presence of a ~100 Kb amplification spanning at least five carboxylesterase genes at this locus with the co-existence of multiple structural duplication haplotypes. Field data confirmed their circulation in South-East Asia and revealed high copy number polymorphism among and within populations suggesting a trade-off between this resistance mechanism and associated fitness costs. A dual-colour multiplex TaqMan assay allowing the rapid detection and copy number quantification of this amplification event in Ae. aegypti was developed and validated on field populations. The routine use of this novel assay will improve the tracking of resistance alleles in this major arbovirus vector.

Abstract Homologous recombination is a meiotic process that generates diversity along the genome and interacts with all evolutionary forces. Despite its importance, studies of recombination landscapes are lacking due to methodological limitations and limited data. Frequently used approaches include linkage mapping based on familial data that provides sex-specific broad-scale estimates of realized recombination and inferences based on population LD that reveal a more fine scale resolution of the recombination landscape, albeit dependent on the effective population size and the selective forces acting on the population. In this study, we use a combination of these two methods to elucidate the recombination landscape for the Afro-European barn owl (Tyto alba). We find subtle differences in crossover placement between sexes that leads to differential effective shuffling of alleles. LD based estimates of recombination are concordant with family-based estimates and identify large variation in recombination rates within and among linkage groups. Larger chromosomes show variation in recombination rates, while smaller chromosomes have a universally high rate which shapes the diversity landscape. We find that recombination rates are correlated with gene content, genetic diversity and GC content. We find no conclusive differences in the recombination landscapes between populations. Overall, this comprehensive analysis enhances our understanding of recombination dynamics, genomic architecture, and sex-specific variation in the barn owl, contributing valuable insights to the broader field of avian genomics.

The male-specific part of the Y-chromosome is in mammalian and many other species the longest haplotype that is inherited without recombination. By its paternal transmission it has a small effective population size in species with dominant males. In several species, Y-chromosomal haplotypes are sensitive markers of population history and introgression. Previous studies have identified in domestic goats four major Y-chromosomal haplotypes Y1A, Y1B, Y2A and Y2B with a marked geographic differentiation and several regional variants. In this study we used published whole-genome sequences of 70 male goats from 16 modern breeds, 11 ancient-DNA samples and 29 samples from seven wild goat species. We identified single-copy male-specific SNPs in four scaffolds, containing SRY, ZFY, DBY with SSX3Y and UTY, and USP9Y with UMN2001, respectively. Phylogenetic analyses indicated haplogroups corresponding to the haplotypes Y1B, Y2A and Y2B, respectively, but Y1A was split into Y1AA and Y1AB. All haplogroups were detected in ancient DNA samples from southeast Europe and, with the exception of Y1AB, in the bezoar goat, which is the wild ancestor of the domestic goats. Combining these data with those of previous studies and with genotypes obtained by Sanger sequencing or the KASP assay yielded haplogroup distributions for 132 domestic breeds or populations. The phylogeographic differentiation indicated paternal population bottlenecks on all three continents. This possibly occurred during the Neolithic introductions of domestic goats to those continents with a particularly strong influence in Europe along the Danubian route. This study illustrates the power of the Y-chromosomal haplotype for the reconstructing the history of mammalian species with a wide geographic range.

Genomic Structural Variations (SVs) are known to impact the evolution of genomes and to have consequences on individual's fitness. Nevertheless, they remain challenging to detect in whole genome re-sequencing (WGS) data. Lots of methods detecting SVs are described in the literature but they might be hard to install, have non-trivial settings, do not detect all SVs categories and have generally high levels of false positive. Here we introduce BAdabouM, a fast (C written) and easy to install SVs discovery tool. BAdabouM auto evaluates read length, library size and mean coverage to set thresholds specific to each experiment. BAdabouM interprets multiple SVs signatures (reads aligned with a split, non-concordant mapped pairs or uneven coverage) to detect insertions, deletions, copy number variations, inversions, and translocations at single-nucleotide resolution. When compared with two widely used methods on simulated and real datasets, BAdabouM was faster, exhibited a similar accuracy with a good concordance on SVs detected, and detected significantly more insertions. BAdabouM was more reproducible to detect independently SVs across individuals, which is a clear advantage when characterizing population polymorphism. Furthermore, BAdabouM demonstrated a superior ability to detect breakpoints with a base pair resolution. BAdabouM proved to be efficient, fast and accurate to detect SVs, and handle. BAdabouM is a complementary method to be used for a more comprehensive detection of SVs, and is especially suited for studying polymorphism for all types of SVs with a high accuracy.

Abstract The study of insular populations was key in the development of evolutionary theory. The successful colonisation of an island depends on the geographic context, and specific characteristics of the organism and the island, but also on stochastic processes. As a result, apparently identical islands may harbour populations with contrasting histories. Here, we use whole genome sequences of 65 barn owls to investigate the patterns of inbreeding and genetic diversity of insular populations in the eastern Mediterranean Sea. We focus on Crete and Cyprus, islands with similar size, climate and distance to mainland, that provide natural replicates for a comparative analysis of the impacts of microevolutionary processes on isolated populations. We show that barn owl populations from each island have a separate origin, Crete being genetically more similar to other Greek islands and mainland Greece, and Cyprus more similar to the Levant. Further, our data show that their respective demographic histories following colonisation were also distinct. On the one hand, Crete harbours a small population and maintains very low levels of gene flow with neighbouring populations. This has resulted in low genetic diversity, strong genetic drift, increased relatedness in the population and remote inbreeding. Cyprus, on the other hand, appears to maintain enough gene flow with the mainland to avoid such an outcome. Our work provides a comparative population genomic analysis of the effects of neutral processes on a classical island-mainland model system. It provides empirical evidence for the role of stochastic processes in determining the fate of diverging isolated populations.