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 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 Marine ecosystems are highly dynamic, and their connectivity is affected by a complex range of biological, spatial, and oceanographic factors. Incorporating connectivity as a factor in the planning and management of marine protected areas (MPAs) is important yet challenging. Here, we used intraspecific genetic and genomic data for five marine species with varying life histories to characterise connectivity across a recently established South Australian MPA network. We generated connectivity networks, estimated cross-species concordance of connectivity patterns, and tested the impact of key spatial and oceanographic factors on each species. Connectivity patterns varied markedly among species, but were most correlated among those with similar dispersal strategies. Ordination analyses revealed significant associations with both waterway distances and oceanographic advection models. Notably, waterway distances provided better predictive power in all-species combined analyses. We extended the practical relevance of our findings by employing spatial prioritisation with Marxan, using node values derived from both genetic and geographic connectivity networks. This allowed the identification of several priority areas for conservation, and substantiated the initial decision to employ spatial distance as a proxy for biological connectivity for the design of the South Australian marine park network. Our study establishes a baseline for connectivity monitoring in South Australian MPAs, and provides guidelines for adapting this framework to other protected networks with intraspecies genetic data.

Resilience to environmental stressors due to climate warming is influenced by local adaptations, including the capacity for plastic responses. The recent literature has focussed on genomic signatures of climatic adaptation, however little work has been done to address how plastic capacity may be influenced by biogeographic history and evolutionary processes. Here, we investigate phenotypic plasticity as a target of climatic selection, hypothesising that lineages that evolved under warmer climate will exhibit greater plastic adaptive resilience to thermal stress. This was tested using common garden experiments to compare gene expression regulation within and among a temperate, a subtropical and a desert ecotype of Australian rainbowfish. Individuals from each ecotype were subjected to contemporary and projected summer thermal conditions for 2070, and their global patterns of gene expression were characterized using liver transcriptomes. Critical thermal maximums were also determined for each ecotype to assess thermal tolerance. A comparative phylogenetic expression variance and evolution model framework was used to assess plastic and evolved changes in gene expression. Similar changes in both the direction and the magnitude of expressed genes were found within ecotypes. Although most expressed genes were identified in all ecotypes, 532 genes were identified as candidates subject to ecotype-specific directional selection. Twenty-three of those genes showed signal of adaptive (i.e. genetic-based) plastic response to future increases in temperature. Network analyses demonstrated centrality of these genes in thermal response pathways, along with several highly conserved hub genes thought to be integral for heat stress responses. The greatest adaptive resilience to warming was shown by the subtropical ecotype, followed by the desert and temperate ecotypes. Our findings indicate that vulnerability to climate change will be highly influenced by biogeographic factors, and we stress the need for integrative assessments of climatic adaptive traits for accurate estimations of population and ecosystem responses.