ABSTRACT Chemical cues in subterranean habitats differ highly from those on the surface due to the contrasting environmental conditions, such as absolute darkness, high humidity or food scarcity. Subterranean animals underwent changes to their sensory systems to facilitate the perception of essential stimuli for underground lifestyles. Despite representing unique systems to understand biological adaptation, the genomic basis of chemosensation across cave-dwelling species remains unexplored from a macroevolutionary perspective. Here, we explore the evolution of chemoreception in three beetle tribes that underwent at least six independent transitions to the underground through a phylogenomics spyglass. Our findings suggest that the chemosensory gene repertoire varies dramatically between species. Overall, no parallel changes in the net rate of evolution of chemosensory gene families were detected prior, during, or after the habitat shift among subterranean lineages. Contrarily, we found evidence of lineage-specific changes within surface and subterranean lineages. Our results reveal key duplications and losses shared between some of the lineages transitioning to the underground, including the loss of sugar receptors and gene duplications of the highly conserved ionotropic receptors IR25a and IR8a, involved in thermal and humidity sensing among other olfactory roles in insects. These duplications were detected both in independent subterranean lineages and their surface relatives, suggesting parallel evolution of these genes across lineages giving rise to cave-dwelling species. Overall, our results shed light on the genomic basis of chemoreception in subterranean beetles and contribute to deepen our understanding of the genomic underpinnings of adaptation to the subterranean lifestyle at a macroevolutionary scale.

Abstract Context In the era of the Anthropocene, habitat loss and environmental change threaten the persistence of many species. Genotyping-By-Sequencing (GBS) is a useful molecular tool for understanding how patterns of gene flow are associated with contemporary habitat distributions that may be affected by environmental change. Two parapatric subspecies of the threatened thick-billed grasswren (TBGW; Amytornis modestus ) more frequently occur in different plant communities. As such, a preference for plant community type could reduce subspecific introgression and increase genetic diversity at the parapatric boundary. Aims We aimed to measure gene flow within and among two TBGW subspecies and tested whether divergent genomic markers were associated with plant community type. Methods We sequenced 118 individuals from either of the two TBGW subspecies or in the region of parapatry and identified 7583 SNPs through ddRADseq. Key results We found evidence of asymmetric gene flow and a genomic pattern of isolation-by-distance. There were sixteen genomic outliers correlated with plant community type (regardless of location). Conclusions These findings show that plant community type does not prevent introgression in one subspecies ( A. m. raglessi ), but low dispersal and habitat heterogeneity could contribute to the maintenance of distinct subspecific morphotypes. Local adaptation in different plant community types could also provide a mechanism for future divergence. Implications We suggest subspecific introgression could increase genetic variation and the adaptive potential of the species, facilitating species persistence under conditions of climate change. Introgression between grasswren subspecies Characterising gene flow facilitates conservation management. This study used genomic markers to measure gene flow between thick-billed grasswren subspecies and found results that support taxonomic identification of the two subspecies and suggests grasswrens have low dispersal and may benefit from increased genetic diversity. Recognition of models of divergence with gene flow will be necessary for future conservation management.

Abstract Subterranean habitats are generally very stable environments, and as such evolutionary transitions of organisms from surface to subterranean lifestyles may cause considerable shifts in physiology, particularly with respect to thermal tolerance. In this study we compared responses to heat shock at the molecular level in a geographically widespread, surface-dwelling water beetle to a congeneric subterranean species restricted to a single aquifer (Dytiscidae: Hydroporinae). The obligate subterranean beetle Paroster macrosturtensis is known to have a lower thermal tolerance compared to surface lineages (CT max 38°C cf . 42-46 °C), but the genetic basis of this physiological difference has not been characterized. We experimentally manipulated the thermal environment of 24 individuals to demonstrate that both species can mount a heat shock response at high temperatures (35°C), as determined by comparative transcriptomics. However, genes involved in these responses differ between species and a far greater number were differentially expressed in the surface taxon, suggesting it can mount a more robust heat shock response; these data may underpin its higher thermal tolerance compared to subterranean relatives. In contrast, the subterranean species examined not only differentially expressed fewer genes in response to increasing temperatures, but also in the presence of the experimental setup employed here alone. Our results suggest P. macrosturtensis may be comparatively poorly equipped to respond to both thermally induced stress and environmental disturbances more broadly. The molecular findings presented here have conservation implications for P. macrosturtensis and contribute to a growing narrative concerning weakened thermal tolerances in obligate subterranean organisms at the molecular level.

Abstract Australian scincid lizards in the sister-genera Lerista and Ctenotus are a prominent system for understanding adaptation in the transition from surface to fossorial life. The approximately 205 species in this group exhibit extreme diversity in morphology and ecology. Lerista and Ctenotus both include diurnal and surface-active species that are fully pentadactyl, and Lerista also contains many specialised limb-reduced and limbless sand-swimmers. To understand how the visual systems of these lizards have responded to their varied photic environments, we examined the five opsin genes encoding the pigments that mediate colour and dim-light vision. These genes were sequenced for 59 species of Lerista and Ctenotus and analysed for variation in selection pressures among amino acid sites and across branches in the species tree. All five opsins are present and intact in all species of Lerista and Ctenotus examined, and we identified signals of positively selected substitutions in all five opsin genes –RH1, which mediates scotopic vision, and four cone opsins associated with photopic vision (SWS1, SWS2, RH2, LWS). Most comparisons of selection pressures did not show significant differences according to broad ecological divisions. Only LWS showed a signal of relaxed selection in sand-swimming (limb reduced) versus less fossorial (fully limbed) Lerista . These results suggest that photopic abilities are retained across both clades, even in the most fossorial species, highlighting a need for studies of visual ecology of Australian skinks, and prompts caution with regards to generalisations about degenerate vision in fossorial squamates.

Background The repeatome, the collection of repetitive DNA sequences represented by transposable elements (TEs) and tandemly repeated satellite DNA (satDNAs), is found in high proportion in organisms across the tree of life. Grasshoppers have large genomes (average 9 Gb), containing large amounts of repetitive DNA which has hampered progress in assembling reference genomes. Here we combined linked-read genomics with transcriptomics to assemble, characterize, and compare the structure of the repeatome and its contribution to genome evolution, in four chromosomal races of the morabine grasshopper Vandiemenella viatica species complex. Results We obtained linked-read genome assemblies of 2.73-3.27 Gb from estimated genome sizes of 4.26-5.07 Gb DNA per haploid genome of the four chromosomal races of V. viatica . These constitute the third largest insect genomes assembled so far (the largest being two locust grasshoppers). Combining complementary annotation tools and manual curation, we found a large diversity of TEs and satDNAs constituting 66 to 75 % per genome assembly. A comparison of sequence divergence within the TE classes revealed massive accumulation of recent TEs in all four races (314-463 Mb per assembly), indicating that their large genome size is likely due to similar rates of TE accumulation across the four races. Transcriptome sequencing showed more biased TE expression in reproductive tissues than somatic tissues, implying permissive transcription in gametogenesis. Out of 129 satDNA families, 102 satDNA families were shared among the four chromosomal races, which likely represent a repertoire of satDNA families in the ancestor of the V. viatica chromosomal races. Notably, 50 of these shared satDNA families underwent differential proliferation since the recent diversification of the V. viatica species complex. Conclusion In-depth annotation of the repeatome in morabine grasshoppers provided new insights into the genome evolution of Orthoptera. Our TEs analysis revealed a massive recent accumulation of TEs equivalent to the size of entire Drosophila genomes, which likely explains the large genome sizes in grasshoppers. Although the TE and satDNA repertoires were rather similar between races, the patterns of TE expression and satDNA proliferation suggest rapid evolution of grasshopper genomes on recent timescales.

The larvae of marsh beetles, Scirtidae, are common in freshwater habitats in Australia but are usually ignored in faunal surveys. Most of the commoner genera found in open fresh water have been described, however, numerous larvae have been collected from the specious genera Austrocyphon and Nothocyphon that do not yet have a description. This paper describes those taxa which were known but not described at the time. In addition, it includes generic descriptions of the larvae of an Australian species of Contacyphon, and the larva of a species of Leptocyphon with a further report on its unusual colonial lifestyle and the great reduction of the breathing apparatus of larvae in this genus. Larvae were identified by rearing and/or by genetic matching using mitochondrial cytochrome c oxidase (COI) sequencing. In addition, using the available COI sequences, a phylogenetic analysis was undertaken which supported the monophyly of species in each of the genera Austrocyphon and Nothocyphon. Also evident was the phylogenetic distinction between these two genera and a group of taxa related to N. frater (Blackburn). We have placed these species in a new genus, Fratercyphon. This genus now includes the following three species previously in Nothocyphon; F. frater (Blackburn), F. amita (Zwick) and F. patruelis (Zwick). The monospecific genus Tasmanocyphon Zwick is supported as a distinct evolutionary lineage, as is the unique larva of "Strathgordon" described by Watts in 2014.