Abstract The identification of genetically homogeneous groups of individuals is a long standing issue in population genetics. A recent Bayesian algorithm implemented in the software structure allows the identification of such groups. However, the ability of this algorithm to detect the true number of clusters ( K ) in a sample of individuals when patterns of dispersal among populations are not homogeneous has not been tested. The goal of this study is to carry out such tests, using various dispersal scenarios from data generated with an individual‐based model. We found that in most cases the estimated ‘log probability of data’ does not provide a correct estimation of the number of clusters, K . However, using an ad hoc statistic Δ K based on the rate of change in the log probability of data between successive K values, we found that structure accurately detects the uppermost hierarchical level of structure for the scenarios we tested. As might be expected, the results are sensitive to the type of genetic marker used (AFLP vs. microsatellite), the number of loci scored, the number of populations sampled, and the number of individuals typed in each sample.

We examine the power of different exact tests of differentiation for diploid populations. Since there is not necessarily random mating within populations, the appropriate hypothesis to construct exact tests is that of independent sampling of genotypes. There are two categories of tests, FST-estimator tests and goodness of fit tests. In this latter category, we distinguish “allelic statistics”, which account for the nature of alleles within genotypes, from “genotypic statistics” that do not. We show that the power of FST-estimator tests and of allelic goodness of fit tests are similar when sampling is balanced, and higher than the power of genotypic goodness of fit tests. When sampling is unbalanced, the most powerful tests are shown to belong to the allelic goodness of fit group.

Abstract Understanding why dispersal is sex‐biased in many taxa is still a major concern in evolutionary ecology. Dispersal tends to be male‐biased in mammals and female‐biased in birds, but counter‐examples exist and little is known about sex bias in other taxa. Obtaining accurate measures of dispersal in the field remains a problem. Here we describe and compare several methods for detecting sex‐biased dispersal using bi‐parentally inherited, codominant genetic markers. If gene flow is restricted among populations, then the genotype of an individual tells something about its origin. Provided that dispersal occurs at the juvenile stage and that sampling is carried out on adults, genotypes sampled from the dispersing sex should on average be less likely (compared to genotypes from the philopatric sex) in the population in which they were sampled. The dispersing sex should be less genetically structured and should present a larger heterozygote deficit. In this study we use computer simulations and a permutation test on four statistics to investigate the conditions under which sex‐biased dispersal can be detected. Two tests emerge as fairly powerful. We present results concerning the optimal sampling strategy (varying number of samples, individuals, loci per individual and level of polymorphism) under different amounts of dispersal for each sex. These tests for biases in dispersal are also appropriate for any attribute (e.g. size, colour, status) suspected to influence the probability of dispersal. A windows program carrying out these tests can be freely downloaded from http://www.unil.ch/izea/softwares/fstat.html

Argentine fire ants have spread around the world from a population that was first established a century ago in North America.

Abstract Genotypic frequencies at codominant marker loci in population samples convey information on mating systems. A classical way to extract this information is to measure heterozygote deficiencies ( F IS ) and obtain the selfing rate s from F IS = s /(2 − s ), assuming inbreeding equilibrium. A major drawback is that heterozygote deficiencies are often present without selfing, owing largely to technical artefacts such as null alleles or partial dominance. We show here that, in the absence of gametic disequilibrium, the multilocus structure can be used to derive estimates of s independent of F IS and free of technical biases. Their statistical power and precision are comparable to those of F IS , although they are sensitive to certain types of gametic disequilibria, a bias shared with progeny‐array methods but not F IS . We analyse four real data sets spanning a range of mating systems . In two examples, we obtain s = 0 despite positive F IS , strongly suggesting that the latter are artefactual. In the remaining examples, all estimates are consistent. All the computations have been implemented in a open‐access and user‐friendly software called rmes (robust multilocus estimate of selfing) available at http://ftp.cefe.cnrs.fr , and can be used on any multilocus data. Being able to extract the reliable information from imperfect data, our method opens the way to make use of the ever‐growing number of published population genetic studies, in addition to the more demanding progeny‐array approaches, to investigate selfing rates.

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.