We present a new map depicting the first global biogeographic regionalization of Earth's freshwater systems. This map of freshwater ecoregions is based on the distributions and compositions of freshwater fish species and incorporates major ecological and evolutionary patterns. Covering virtually all freshwater habitats on Earth, this ecoregion map, together with associated species data, is a useful tool for underpinning global and regional conservation planning efforts (particularly to identify outstanding and imperiled freshwater systems); for serving as a logical framework for large-scale conservation strategies; and for providing a global-scale knowledge base for increasing freshwater biogeographic literacy. Preliminary data for fish species compiled by ecoregion reveal some previously unrecognized areas of high biodiversity, highlighting the benefit of looking at the world's freshwaters through a new framework.

Abstract Although vast technological advances have been made and genetic software packages are growing in number, it is not a trivial task to analyse SNP data. We announce a new r package, dartr , enabling the analysis of single nucleotide polymorphism data for population genomic and phylogenomic applications. dartr provides user‐friendly functions for data quality control and marker selection, and permits rigorous evaluations of conformation to Hardy–Weinberg equilibrium, gametic‐phase disequilibrium and neutrality. The package reports standard descriptive statistics, permits exploration of patterns in the data through principal components analysis and conducts standard F‐statistics, as well as basic phylogenetic analyses, population assignment, isolation by distance and exports data to a variety of commonly used downstream applications (e.g., newhybrids , faststructure and phylogeny applications) outside of the r environment. The package serves two main purposes: first, a user‐friendly approach to lower the hurdle to analyse such data—therefore, the package comes with a detailed tutorial targeted to the r beginner to allow data analysis without requiring deep knowledge of r . Second, we use a single, well‐established format—genlight from the adegenet package—as input for all our functions to avoid data reformatting. By strictly using the genlight format, we hope to facilitate this format as the de facto standard of future software developments and hence reduce the format jungle of genetic data sets. The dartr package is available via the r CRAN network and GitHub.

Abstract Spiny-rayed fishes (Acanthomorpha) dominate modern marine habitats and comprise more than a quarter of all living vertebrate species 1–3 . It is believed that this dominance resulted from explosive lineage and phenotypic diversification coincident with the Cretaceous-Paleogene (K-Pg) mass-extinction event 4 . It remains unclear, however, if living acanthomorph diversity is the result of a punctuated burst or gradual accumulation of diversity following the K-Pg. We assess these hypotheses with a time-calibrated phylogeny inferred using ultraconserved elements from a sampling of species that represent over 91% of all acanthomorph families, as well as an extensive body shape dataset of extant species. Our results indicate that several million years after the end-Cretaceous, acanthomorphs underwent a prolonged and significant expansion of morphological disparity primarily driven by changes in body elongation, and that acanthomorph lineages containing the bulk of the living species diversity originated throughout the Cenozoic. These acanthomorph lineages radiated into distinct regions of morphospace and retained their iconic phenotypes, including a large group of laterally compressed reef fishes, fast-swimming open-ocean predators, bottom-dwelling flatfishes, seahorses, and pufferfishes. The evolutionary success of spiny-rayed fishes is the culmination of a post K-Pg adaptive radiation in which rates of lineage diversification were decoupled from periods of high phenotypic disparity.

Abstract To conserve the high functional and genetic variation in hotspots such as tropical rainforests, it is essential to understand the forces driving and maintaining biodiversity. We asked to what extent environmental gradients and terrain structure affect morphological and genomic variation across the wet tropical distribution of an Australian rainbowfish, Melanotaenia splendida splendida . We used an integrative riverscape genomics and morphometrics framework to assess the influence of these factors on both putative adaptive and non-adaptive spatial divergence. We found that neutral genetic population structure was largely explainable by restricted gene flow among drainages. However, environmental associations revealed that ecological variables had a similar power to explain overall genetic variation, and greater power to explain body shape variation, than the included neutral covariables. Hydrological and thermal variables were the best environmental predictors and were correlated with traits previously linked to heritable habitat-associated dimorphism in rainbowfishes. Additionally, climate-associated genetic variation was significantly associated with morphology, supporting heritability of shape variation. These results support the inference of evolved functional differences among localities, and the importance of hydroclimate in early stages of diversification. We expect that substantial evolutionary responses will be required in tropical rainforest endemics to mitigate local fitness losses due to changing climates.

ABSTRACT Anthropogenic climate change is forecast to drive regional climate disruption and instability across the globe. These impacts are likely to be exacerbated within biodiversity hotspots, both due to the greater potential for species loss but also to the possibility that endemic lineages might not have experienced significant climatic variation in the past, limiting their evolutionary potential to respond to rapid climate change. We assessed the role of climatic stability on the accumulation and persistence of lineages in an obligate freshwater fish group endemic in the southwest Western Australia (SWWA) biodiversity hotspot. Using 19,426 genomic (ddRAD-seq) markers and species distribution modelling, we explored the phylogeographic history of western ( Nannoperca vittata ) and little ( Nannoperca pygmaea ) pygmy perches, assessing population divergence and phylogenetic relationships, delimiting species and estimating changes in species distributions from the Pliocene to 2100. We identified two deep phylogroups comprising three divergent clusters, which showed no historical connectivity since the Pliocene. We conservatively suggest these represent three isolated species with additional intraspecific structure within one widespread species. All lineages showed long-term patterns of isolation and persistence owing to climatic stability but with significant range contractions likely under future climate change. Our results highlighted the role of climatic stability in allowing the persistence of isolated lineages in the SWWA. This biodiversity hotspot is under compounding threat from ongoing climate change and habitat modification, which may further threaten previously undetected cryptic diversity across the region.

Abstract Understanding how species can respond to climate change is a major global challenge. Species unable to track their niche via range shifts are largely reliant on genetic variation to adapt and persist. Genomic vulnerability predictions are used to identify populations that lack the necessary variation, particularly at climate relevant genes. However, hybridization as a source of novel adaptive variation is typically ignored in genomic vulnerability studies. We estimated environmental niche models and genomic vulnerability for closely related species of rainbowfish ( Melanotaenia spp.) across an elevational gradient in the Australian wet tropics. Hybrid populations between a widespread generalist and narrow range endemics exhibited reduced vulnerability to projected climates compared to pure narrow endemics. Overlaps between introgressed and adaptive genomic regions were consistent with a signal of adaptive introgression. Our findings highlight the often-underappreciated conservation value of hybrid populations and indicate that adaptive introgression may contribute to evolutionary rescue of species with narrow environmental ranges.

Abstract Understanding how species biology may facilitate resilience to climate change remains a critical factor in detecting and protecting species at risk of extinction. Many studies have focused on the role of particular ecological traits in driving species responses, but less so on demographic history and levels of standing genetic variation. We used environmental and genomic datasets to reconstruct the phylogeographic histories of two ecologically similar and largely co-distributed freshwater fishes to assess the degree of concordance in their responses to Plio-Pleistocene climatic changes. Although several co-occurring populations demonstrated concordant demographic histories, idiosyncratic population size changes were found at the range edges of the more spatially restricted species. Discordant responses between species were associated with low standing genetic variation in peripheral populations. This might have hindered adaptive potential, as documented in recent population declines and extinctions of the two species. Our results highlight both the role of spatial scale in the degree of concordance in species responses to climate change, and the importance of standing genetic variation in facilitating range shifts. Even when ecological traits are similar between species, long-term genetic diversity and historical population demography may lead to discordant responses to ongoing and future climate change.

Abstract Anthropogenic climate change is forecast to drive regional climate disruption and instability across the globe. These impacts are likely to be exacerbated within biodiversity hotspots, both due to the greater potential for species loss but also to the possibility that endemic lineages might not have experienced significant climatic variation in the past, limiting their evolutionary potential to respond to rapid climate change. We assessed the role of climatic stability on the accumulation and persistence of lineages in an obligate freshwater fish group endemic to the southwest Western Australia (SWWA) biodiversity hotspot. Using 19,426 genomic (ddRAD-seq) markers and species distribution modelling, we explored the phylogeographic history of western ( Nannoperca vittata ) and little ( Nannoperca pygmaea ) pygmy perches, assessing population divergence and phylogenetic relationships, delimiting species and estimating changes in species distributions from the Pliocene to 2100. We identified two deep phylogroups comprising three divergent clusters, which showed no historical connectivity since the Pliocene. We conservatively suggest these represent three isolated species with additional intraspecific structure within one widespread species. All lineages showed long-term patterns of isolation and persistence owing to climatic stability but with significant range contractions likely under future climate change. Our results highlighted the role of climatic stability in allowing the persistence of isolated lineages in the SWWA. This biodiversity hotspot is under compounding threat from ongoing climate change and habitat modification, which may further threaten previously undetected cryptic diversity across the region.

Most eukaryotes maintain the stability of their cellular genome sizes to ensure genome transmission to offspring through sexual reproduction. However, some alter their genome size by selectively eliminating parts or increasing ploidy at specific developmental stages. This phenomenon of genome elimination or whole genome duplication occurs in animal hybrids reproducing asexually. Such genome alterations occur during gonocyte development ensuring successful reproduction of these hybrids. Although multiple examples of genome alterations are known, the underlying molecular and cellular processes involved in selective genome elimination and duplication remain largely unknown. Here, we uncovered the process of selective genome elimination and genome endoreplication in hemiclonal fish hybrids from the genus Hypseleotris. Specifically, we examined parental sexual species H. bucephala and hybrid H. bucephala × H. gymnocephala (HB × HX). We observed micronuclei in the cytoplasm of gonial cells in the gonads of hybrids, but not in the parental sexual species. We also observed misaligned chromosomes during mitosis which were unable to attach to the spindle. Moreover, we found that misaligned chromosomes lag during anaphase and subsequently enclose in the micronuclei. Using whole mount immunofluorescent staining, we showed that chromatid segregation has failed in lagging chromosomes. We also performed three-dimensional comparative genomic hybridization (3D-CGH) using species-specific probes to determine the role of micronuclei in selective genome elimination. We repeatedly observed that misaligned chromosomes of the H. bucephala genome were preferentially enclosed in micronuclei of hybrids. In addition, we detected mitotic cells without a mitotic spindle as a potential cause of genome duplication. We conclude that selective genome elimination in the gonads of hybrids occurs through gradual elimination of individual chromosomes of one parental genome. Such chromosomes, unable to attach to the spindle, lag and become enclosed in micronuclei.

While the influence of Pleistocene climatic changes on divergence and speciation has been well-documented across the globe, complex spatial interactions between hydrology and eustatics over longer timeframes may also determine species evolutionary trajectories. Within the Australian continent, glacial cycles were not associated with changes in ice cover and instead largely resulted in fluctuations from moist to arid conditions across the landscape. Here, we investigate the role of hydrological and coastal topographic changes brought about by Plio-Pleistocene climatic changes on the biogeographic history of a small Australian freshwater fish, the southern pygmy perch Nannoperca australis. Using 7,958 ddRAD-seq (double digest restriction-site associated DNA) loci and 45,104 filtered SNPs, we combined phylogenetic, coalescent and species distribution analyses to investigate the relative roles of aridification, sea level and tectonics and their associated biogeographic changes across southeast Australia. Sea-level changes since the Pliocene and reduction or disappearance of large waterbodies throughout the Pleistocene were determining factors in strong divergence across the clade, including the initial formation and maintenance of a cryptic species, N. 'flindersi'. Isolated climatic refugia and fragmentation due to lack of connected waterways maintained the identity and divergence of inter- and intraspecific lineages. Our historical findings suggest that predicted increases in aridification and sea level due to anthropogenic climate change might result in markedly different demographic impacts, both spatially and across different landscape types.