ABSTRACT Small effective population sizes could expose island species to inbreeding and loss of genetic variation. Here we investigate factors shaping genetic diversity in the Raso lark, which has been restricted to a single islet for ~500 years, with a population size of a few hundred. We assembled a reference genome for the related Eurasian skylark and then assessed diversity and demographic history using RAD-seq data (75 samples from Raso larks and two related mainland species). We first identify broad tracts of suppressed recombination in females, indicating enlarged neo-sex chromosomes. It is plausible that these regions might inadvertently and temporarily preserve pre-existing allelic variation in females that would otherwise be lost through genetic drift. We then show that genetic diversity across autosomes in the Raso lark is lower than in its mainland relatives, but inconsistent with long-term persistence at its current population size. Finally, we find that genetic signatures of the recent population contraction are overshadowed by an ancient expansion and persistence of a very large population until the human settlement of Cape Verde. Our findings show how genome-wide approaches to study endangered species can help avoid confounding effects of genome architecture on diversity estimates, and how present day diversity can be shaped by ancient demographic events.

Small population sizes can, over time, put species at risk due to the loss of genetic variation and the deleterious effects of inbreeding. Losing diversity in the major histocompatibility complex (MHC) could be particularly harmful, given its key role in the immune system. Here, we assess MHC class I (MHC-I) diversity and its effects on mate choice and survival in the Critically Endangered Raso lark Alauda razae , a species restricted to the 7 km2 islet of Raso (Cape Verde) since ~1460, whose population size has dropped as low as 20 pairs. Exhaustively genotyping 122 individuals, we find no effect of MHC-I genotype/diversity on mate choice or survival. However, we demonstrate that MHC-I diversity has been maintained through extreme bottlenecks by retention of a high number of gene copies (at least 14), aided by co-segregation of multiple haplotypes comprising 2−8 linked MHC-I loci. Within-locus homozygosity is high, contributing to comparably low population-wide diversity. Conversely, each individual had comparably many alleles, 6−16 (average 11), and the large and divergent haplotypes occur at high frequency in the population, resulting in high within-individual MHC-I diversity. This functional immune gene diversity will be of critical importance for this highly threatened species' adaptive potential.

Sex chromosomes have evolved from the same autosomes multiple times across vertebrates, suggesting that certain genomic regions are predisposed towards sex-linkage. However, to test this hypothesis detailed studies of independently originated sex-linked regions and their gene content are needed. Here we address this problem through comparative genomics of birds where multiple chromosomes appear to have formed neo-sex chromosomes: larks (Alaudidae; Sylvioidea). We detected the largest known avian sex chromosome (195.3 Mbp) and show that it originates from fusions between (parts of) four avian chromosomes (Z, 3, 4A and 5). We found evidence of five evolutionary strata where recombination has been suppressed at different time points, and that these time points correlate with the level of Z-W gametolog differentiation. We show that there is extensive homology to sex chromosomes in other vertebrate lineages: three of the fused chromosomes (Z, 4A, 5) have independently evolved into sex chromosomes in fish (Z), turtles (Z, 5), lizards (Z, 4A) and mammals (Z, 4A). Moreover, we found that the fourth chromosome, chromosome 3, was significantly enriched for genes with predicted sex-specific functions. These results support a key role of chromosome content in the evolution of sex chromosomes in vertebrates.