Abstract Evidence for biological adaptation is often obtained by studying DNA sequence evolution. Since the analyses are affected by both positive and negative selection, studies usually assume constant negative selection in the time span of interest. For this reason, hundreds of studies that conclude adaptive evolution might have reported false signals caused by relaxed negative selection. We test this suspicion two ways. First, we analyze the fluctuation in population size, N, during evolution. For example, the evolutionary rate in the primate phylogeny could vary by as much as 2000 fold due to the variation in N alone. Second, we measure the variation in negative selection directly by analyzing the polymorphism data from four taxa ( Drosophila, Arabidopsis , primates, and birds, with 64 species in total). The strength of negative selection, as measured by the ratio of nonsynonymous/synonymous polymorphisms, fluctuates strongly and at multiple time scales. The two approaches suggest that the variation in the strength of negative selection may be responsible for the bulk of the reported adaptive genome evolution in the last two decades. This study corroborates the recent report 1 on the inconsistent patterns of adaptive genome evolution. Finally, we discuss the path forward in detecting adaptive sequence evolution.

Abstract Hemibagrus guttatus , also named as spotted longbarbel catfish, is an economical fish in China. However, their gender cannot be easily distinguished from their appearance, which largely impedes their artificial breeding. Therefore, we provided two gap-free chromosome-level genomes of male and female spotted longbarbel catfish by combining wtdbg2, LR_Gapcloser and TGS-GapCloser assembly approaches with Hi-C data and accurate Pacbio HiFi long-reads. We assembled 30 chromosomes without any gap. Their genome sizes are approximately 749.1 Mb and 747.8 Mb of male and female individuals. The completeness results of BUSCO evaluation show about 94.2% and 95.0%, representing a high-level of completeness of both genomes. We also obtained 35,277 and 34,571 protein-coding gene sets from male and female individuals. Both available gap-free chromosome-level genomes of H. guttatus will provide excellent references for resequencing of male and female individuals to identify accurate markers for distinguishing gender of this fish.

Abstract There is a large literature in the last two decades affirming adaptive DNA sequences evolution between species. The main lines of evidence are from i) the McDonald-Kreitman (MK) test, which compares divergence and polymorphism data, and ii) the PAML test, which analyzes multi-species divergence data. Here, we apply these two tests concurrently on the genomic data of Drosophila and Arabidopsis . To our surprise, the >100 genes identified by the two tests do not overlap beyond random expectation. Because the non-concordance could be due to low powers leading to high false-negatives, we merge every 20 - 30 genes into a “supergene”. At the supergene level, the power of detection is large but the calls still do not overlap. We rule out methodological reasons for the non-concordance. In particular, extensive simulations fail to find scenarios whereby positive selection can only be detected by either MK or PAML, but not both. Since molecular evolution is governed by positive and negative selection concurrently, a fundamental assumption for estimating one (say, positive selection) is that the other is constant. However, in a broad survey of primates, birds, Drosophila and Arabidopsis , we found that negative selection rarely stays constant for long in evolution. As a consequence, the variation in negative selection is often mis-construed as signals of positive selection. In conclusion, MK, PAML or any method that examines genomic sequence evolution has to explicitly address the variation in negative selection before estimating positive selection. In a companion study, we propose a possible path forward in two stages – first, by mapping out the changes in negative selection and then using this map to estimate positive selection. For now, the large literature on positive selection between species has to await the re-assessment.

Abstract In the conventional view, species are separate gene pools delineated by reproductive isolation (RI). However, species may also be delineated by merely a small set of “speciation genes” without full RI. It is thus important to know whether “good species” (defined by the “secondary sympatry” test) do continue to exchange genes. Here, we carry out sequencing and de novo high-quality assembly of the genomes of two closely related mangrove species ( Rhizophora mucronata and R. stylosa ). Whole-genome re-sequencing of individuals across their range on the tropical coasts shows their genomes to be well delineated in allopatry. They became sympatric in northeastern Australia but remain distinct species in contact. Nevertheless, their genomes harbor ∼ 4,000 to 10,000 introgression blocks, each averaging only about 3-4 Kb. These fine-grained introgressions indicate that gene flow has continued long after speciation. Non-introgressable “genomic islets,” averaging only 1.4 Kb, may contribute to speciation as they often harbor diverging genes underlying flower development and gamete production. In conclusion, RI needs not be the main criterion of species delineation even though all species would eventually be fully reproductively isolated.

Abstract Mangroves have colonized extreme intertidal environments characterized by high salinity, hypoxia, and other abiotic stresses. During millions of years of evolution, mangroves have adapted to these habitats, evolving a series of highly specialized traits. Aegiceras corniculatum , a pioneer mangrove species that evolved salt secretion and crypto-vivipary, is an attractive ecological model to investigate molecular mechanisms underlying adaptation to intertidal environments. Here we report a high-quality reference genome of A. corniculatum using the PacBio SMRT sequencing technology, comprising 827 Megabases (Mb) and containing 32,092 protein-coding genes. The longest scaffold and N50 for the assembled genome are 13.76 Mb and 3.87 Mb. Comparative and evolutionary analyses revealed that A. corniculatum experienced a whole-genome duplication (WGD) event around 35 million years ago after the divergence between Aegiceras and Primula . We inferred that maintenance of cellular environmental homeostasis is an important adaptive process in A. corniculatum . The 14-3-3 protein-coding genes were retained after the recent WGD event, decoding a calcium signal to regulate Na + homeostasis. A. corniculatum has more H + -ATPase coding genes, essential for the maintenance of low Na + concentration in the cells, than its relatives. Photosynthesis and oxidative-phosphorylation pathways are overrepresented among significantly expanded gene families and might supply the energy needed for salt secretion. Genes involved in natural antioxidant biosynthesis, contributing to scavenging reactive oxygen species against high salinity, have also increased in copy number. We also found that all homologs of DELAY OF GERMINATION1 ( DOG1 ), a pivotal regulator of seed dormancy, lost their heme-binding ability in A. corniculatum . This loss may contribute to crypto-vivipary. Our study provides a valuable resource to investigate molecular adaptation to extreme environments in mangroves.

Abstract Climate change globally and sea level rise affect the mangrove ecosystem. The high diversity and temporal heterogeneity of the mangrove ecosystem will lead to a high diversity of sediment bacterial community structure and function. However, seasonal variations and potential assembly mechanisms of sediment bacterial communities in mangrove ecosystems remain to be discovered. We collected rhizosphere sediments and bulk sediments from Kandelia obovata and Aegiceras corniculatum at three locations covering Dongzhai Harbour in spring, summer, autumn, and winter, and sequenced 16S rRNAs. The results indicated that the alpha and beta diversity of bacterial communities in mangrove sediments differed significantly between seasons, and the bacterial communities in rhizosphere sediments had smaller seasonal changes and were more stable than those in bulk sediment bacterial communities. The seasonal changes in carbon, nitrogen content, and pH were the main influencing factors. The stochastic process dominated the assembly of bacterial communities in mangrove sediments. The assembly of bacterial communities varies between seasons. We found that the proportion of dispersal limitation was significantly negatively correlated with the carbon and nitrogen content in the sediment. Compared with bulk components, the dispersal limitation of bacterial communities in rhizosphere sediments accounted for a lower proportion of community construction, which might be caused by higher carbon and nitrogen content conditions in rhizosphere sediments. We found that beta diversity based on Bray-Curtis distance was significantly positively correlated with dispersal limitation, which explained why the beta diversity of bacterial communities in rhizosphere sediments was significantly lower than that of bulk components. This study increases the understanding of the responses of mangrove bacterial communities to seasonal change and may be beneficial for the protection of mangrove ecosystems in the face of climate change.

A recent study suggests that the evidence of adaptive DNA sequence evolution accumulated in the last 20 years may be suspect. The suspicion thus calls for a re-examination of the reported evidence. The two main lines of evidence are from the McDonald-Kreitman (MK) test, which compares divergence and polymorphism data, and the PAML test, which analyzes multi-species divergence data. Here, we apply these two tests concurrently on the genomic data of Drosophila and Arabidopsis. To our surprise, the >100 genes identified by the two tests do not overlap beyond random expectations. The results could mean i) high false positives by either test or ii) high false-negatives by both tests due to low powers. To rule out the latter, we merge every 20 - 30 genes into a "supergene". At the supergene level, the power of detection is high, with 8% - 56% yielding adaptive signals. Nevertheless, the calls still do not overlap. Since it is unlikely that one test is largely correct and the other is mostly wrong (see Discussion), the total evidence of adaptive DNA sequence evolution should be deemed unreliable. As suggested by Chen et al., the reported evidence for positive selection may in fact be signals of fluctuating negative selection, which are handled differently by the two tests. Possible paths forward on this central evolutionary issue are discussed.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Allopatric speciation requiring an unbroken period of geographical isolation has been the standard model of neo-Darwinism. While doubts have been repeatedly raised, strict allopatry without any gene flow remains a plausible mechanism in most cases. To rigorously reject strict allopatry, genomic sequences superimposed on the geological records of a well-delineated geographical barrier will be necessary. The Strait of Malacca, narrowly connecting the Pacific and Indian Ocean coasts, serves at different times either as a geographical barrier or a conduit of gene flow for coastal/marine species. We surveyed 1,700 plants from 29 populations of five common mangrove species by large scale DNA sequencing and added several whole-genome assemblies. Speciation between the two oceans is driven by cycles of isolation and gene flow due to the fluctuations in sea level leading to the opening/closing of the Strait to ocean currents. Because the time required for speciation in mangroves is longer than the isolation phases, speciation in these mangroves has proceeded through many cycles of mixing-isolation-mixing, or MIM cycles. The MIM mechanism, by relaxing the condition of no gene flow, can promote speciation in many more geographical features than strict allopatry can. Finally, the MIM mechanism of speciation is also efficient, potentially yielding m^n (m>1) species after n cycles.

Molecular evolution is believed to proceed in small steps. The step size can be defined by a distance reflecting physico-chemical disparities between amino acid (AA) pairs that can be exchanged by single 1 bp mutations. We show that AA substitution rates are strongly and negatively correlated with this distance but only when positive selection is relatively weak. We use the McDonald and Kreitman (MK) test to separate the influences of positive and negative selection. While negative selection is indeed stronger on AA substitutions generating larger changes in chemical properties of amino acids, positive selection operates by different rules. For 65 of the 75 possible pairs, positive selection is comparable in strength regardless of AA distance. However, the 10 pairs under the strongest positive selection all exhibit large leaps in chemical properties. Five of the 10 pairs are shared between hominoids and Drosophila, thus hinting at a common but modest biochemical basis of adaptation across taxa. The hypothesis that adaptive changes often take large functional steps will need to be extensively tested. If validated, molecular models will need to better integrate positive and negative selection in the search for adaptive signal.