Ascertaining when and where genes are expressed is of crucial importance to understanding or predicting the physiological role of genes and proteins and how they interact to form the complex networks that underlie organ development and function. It is, therefore, crucial to determine on a genome-wide level, the spatio-temporal gene expression profiles at cellular resolution. This information is provided by colorimetric RNA in situ hybridization that can elucidate expression of genes in their native context and does so at cellular resolution. We generated what is to our knowledge the first genome-wide transcriptome atlas by RNA in situ hybridization of an entire mammalian organism, the developing mouse at embryonic day 14.5. This digital transcriptome atlas, the Eurexpress atlas (http://www.eurexpress.org), consists of a searchable database of annotated images that can be interactively viewed. We generated anatomy-based expression profiles for over 18,000 coding genes and over 400 microRNAs. We identified 1,002 tissue-specific genes that are a source of novel tissue-specific markers for 37 different anatomical structures. The quality and the resolution of the data revealed novel molecular domains for several developing structures, such as the telencephalon, a novel organization for the hypothalamus, and insight on the Wnt network involved in renal epithelial differentiation during kidney development. The digital transcriptome atlas is a powerful resource to determine co-expression of genes, to identify cell populations and lineages, and to identify functional associations between genes relevant to development and disease.

Abstract Glacier and permafrost shrinkage and land-use intensification threaten diverse mountain wildlife and affect nature conservation strategy. Our understanding of alpine ecological dynamics is, however, insufficient because time series portraying ecosystem complexity adequately are missing. Here, we present an ancient metagenomic record tracing 317 terrestrial and aquatic taxa, including mammals, fish, plants, and microorganisms retrieved from a lake sediment core from the southeastern Tibetan Plateau covering the last 18,000 years. We infer that steppe-meadow turned into woodland at 14 ka (cal BP) controlled by warming-induced cryosphere loss, further driving a change of herbivore dominance from wild yak to deer. Network analyses reveal that root hemiparasitic and cushion plants are keystone taxa, likely altering the terrestrial ecosystem via facilitation. These findings refute the hypothesis of top-down control by large herbivores in the alpine ecosystem. We also find that glacier mass loss significantly contributes to considerable turnover in the aquatic community at 14 ka, transitioning from glacier-related (blue-green) algae to abundant non-glacier-preferring picocyanobacteria, macrophytes, fish, and fish-eating otters. Human impact contributes little to shaping the alpine ecosystems. By applying network analysis, we provide the first sedaDNA-based assessment of the stress-gradient hypothesis. As cryosphere loss is ongoing due to climate warming, prioritizing the protection of habitats with rich nurse plants that aid neighbors in adapting to stressful conditions is likely to be a more beneficial conservation measure than livestock reduction in the Tibetan Plateau. Significance statement Merging ancient metagenomics and network analysis gives new insights into conserving the Tibetan alpine ecosystem under ongoing warming and human perturbations. We investigated the assembly of the Yak steppe-meadow ecosystem and an alpine lake system in response to cryosphere changes over the past ∼18,000 years on the Tibetan Plateau. Large herbivores cannot be a cost-effective natural climate solution to stabilize the Tibetan alpine ecosystem because they are not keystone taxa at the ecosystem scale. Furthermore, there is no support that land use considerably shapes the alpine communities and ecosystems. Protection policy should thus prioritize focus on alpine areas with intense land use and rich in root hemiparasitic and cushion plants because these taxa act as facilitators in the ecosystem.

Abstract The biodiversity of tundra areas in northern high latitudes is threatened by invasion of forests under global warming. However, poorly understood nonlinear responses of the treeline ecotone mean the timing and extent of tundra losses are unclear but policymakers need such information to optimize conservation efforts. Our individual based model LAVESI, developed for the Siberian tundra-taiga ecotone, can help improve our understanding. Consequently, we simulated treeline migration trajectories until the end of the millennium, causing a loss of tundra area when advancing north. Our simulations reveal that the treeline follows climate warming with a severe, century-long time lag, which is overcompensated by infilling of stands in the long run even when temperatures cool again. Our simulations reveal that only under ambitious mitigation strategies (RCP 2.6) will ~30% of original tundra areas remain in the north but separated into two disjunct refugia.

The present distribution of Siberian boreal forests that are dominated by larches ( Larix spp.) is influenced, to an unknown extent, by glacial history. Knowing the past treeline dynamics can improve our understanding of future treeline shifts under changing climate. Here, we study patterns in the genetic variability of Siberian Larix to help unravel biogeographic migration routes since the Last Glacial Maximum (LGM). We infer the spatial distribution and the postglacial demographic history of Larix using genome‐wide single nucleotide polymorphisms (SNPs) derived through genotyping by sequencing (GBS) from 130 individuals sampled across eastern Siberia. Our analysis gives statistical support for two or three clusters, spanning from western to eastern Siberia. These clusters reveal a genetic structure influenced by isolation resulting from geographical distance, barriers imposed by geographic features, and distinct glacial histories. Assuming three clusters, our demographic inference indicates that the common ancestor of the current Larix populations existed in northeast Siberia well before the LGM. This suggests that Larix persisted in the northern region throughout previous glacials. Our genetic studies suggest that Larix likely survived the cold LGM in northern refugia, enabling a fast colonization of Siberia. Instead of complete repopulation from southern areas postglacially, the northernmost Larix expansion during the Holocene seems to have benefitted from refugial populations ahead of the treeline. Present‐day migration is expected to be slow initially, due to the absence of current refugial populations in the far north, in contrast to the early‐Holocene situation.