The grey wolf (Canis lupus) was the first species to give rise to a domestic population, and they remained widespread throughout the last Ice Age when many other large mammal species went extinct. Little is known, however, about the history and possible extinction of past wolf populations or when and where the wolf progenitors of the present-day dog lineage (Canis familiaris) lived1-8. Here we analysed 72 ancient wolf genomes spanning the last 100,000 years from Europe, Siberia and North America. We found that wolf populations were highly connected throughout the Late Pleistocene, with levels of differentiation an order of magnitude lower than they are today. This population connectivity allowed us to detect natural selection across the time series, including rapid fixation of mutations in the gene IFT88 40,000-30,000 years ago. We show that dogs are overall more closely related to ancient wolves from eastern Eurasia than to those from western Eurasia, suggesting a domestication process in the east. However, we also found that dogs in the Near East and Africa derive up to half of their ancestry from a distinct population related to modern southwest Eurasian wolves, reflecting either an independent domestication process or admixture from local wolves. None of the analysed ancient wolf genomes is a direct match for either of these dog ancestries, meaning that the exact progenitor populations remain to be located.

Abstract In ancient DNA research, the degraded nature of the samples generally results in poor yields of highly fragmented DNA, and targeted DNA enrichment is thus required to maximize research outcomes. The three commonly used methods – (1) array-based hybridization capture and in-solution capture using either (2) RNA or (3) DNA baits – have different characteristics that may influence the capture efficiency, specificity, and reproducibility. Here, we compared their performance in enriching pathogen DNA of Mycobacterium leprae and Treponema pallidum of 11 ancient and 19 modern samples. We find that in-solution approaches are the most effective method in ancient and modern samples of both pathogens, and RNA baits usually perform better than DNA baits. Method summary We compared three targeted DNA enrichment strategies used in ancient DNA research for the specific enrichment of pathogen DNA regarding their efficiency, specificity, and reproducibility for ancient and modern Mycobacterium leprae and Treponema pallidum samples. Array-based capture and in-solution capture with RNA and DNA baits were all tested in three independent replicates.

Herbaria archive a record of changes of worldwide plant biodiversity harboring millions of specimens that contain DNA suitable for genome sequencing. To profit from this resource, it is fundamental to understand in detail the process of DNA degradation in herbarium specimens. We investigated patterns of DNA fragmentation -length and base composition at breaking points-, and nucleotide misincorporation by analyzing 86 herbarium samples spanning the last 300 years using Illumina shot-gun sequencing. We found an exponential decay relationship between DNA fragmentation and time, and estimated a per nucleotide fragmentation rate of 1.66 x 10-4 per year, which is ten times faster than the rate estimated for fossilized bones. Additionally, we found that strand breaks occur specially before purines, and that depurination-driven DNA breakage occurs constantly through time and can to a great extent explain decreasing fragment length over time. Similar of what has been found analyzing ancient DNA from bones, we found a strong correlation between the deamination-driven accumulation of cytosine (C) to thymine (T) substitutions and time, which reinforces the importance of substitution patterns to authenticate the ancient/historical nature of DNA fragments. Accurate estimations of DNA degradation through time will allow informed decisions about laboratory and computational procedures to take advantage of the vast collection of worldwide herbarium specimens.

DNA extracted from herbarium specimens is highly fragmented and decays at a faster rate than DNA from ancient bones. Therefore, it is crucial to utilize extraction protocols that retrieve short DNA molecules. Improvements in extraction and library preparation protocols for animal remains have allowed efficient retrieval of molecules shorter than 50 bp. We adapted those improvements to extraction protocols for herbarium specimens and evaluated their performance by shotgun sequencing, which allows an accurate estimation of the distribution of fragment lengths. Extraction with PTB buffer decreased median fragment length by 35% when compared to CTAB. Modifying the binding conditions of DNA to silica allowed for an additional decrease of 10%. We did not observe a further decrease in length when we used single-stranded instead of double-stranded library preparation methods. Our protocol enables the retrieval of ultrashort molecules from herbarium specimens and will help to unlock the genetic information stored in herbaria.

Background: Increasing evidence suggests many non-human primate (NHP) species in sub-Saharan Africa are infected with Treponema pallidum subsp. pertenue (TPE), the bacterium causing yaws in humans. In humans, yaws is characterized by lesions of the extremities and face, while Treponema pallidum subsp. pallidum (TPA) causes venereal syphilis and is characterized by primary lesions on the genital, anal or oral mucosae, and has not been detected in NHPs. Due to a paucity of genetic data, it remains unclear whether other Treponema pallidum (TP) subspecies found in humans also occur in NHP and how the genomic diversity of TPE lineages that do occur in NHPs is distributed across hosts and space. Methodology: We observed a combination of yaws- and syphilis-like symptoms in sooty mangabeys (Cercocebus atys atys) in Tai National Park (TNP), Cote dIvoire and collected swabs and biopsies from symptomatic animals. We also collected NHP bones from eight species from TNP, as well as from 19 species at 12 field sites across sub-Saharan Africa. Samples were screened for TP DNA using PCRs. In-solution hybridization capture coupled with high throughput sequencing was used to sequence TP genomes from positive samples. Principal findings: We generated four nearly complete TP genomes from biopsies and swabs and five partial genomes from bones. Phylogenomic analyses revealed that both syphilis- and yaws-like lesions of sooty mangabeys within a single social group in TNP were caused by TPE. All TPE genomes determined from these sooty mangabeys were different and exhibited divergence levels not observed in TPE from a single species at any other field site where the disease seems to be epizootic. In general, simian TPE isolates did not form monophyletic clades based on host species or the type of symptoms caused by an isolate, but rather clustered based on geography. Conclusions: There is a large diversity of TPE strains infecting NHPs in TNP. Our observations within a single social group of sooty mangabeys do not support the epizootic spread of a single clone, but rather points towards frequent independent introductions of the bacterium, which can cause syphilis- and yaws-like lesions. On a larger scale, the geographic clustering of TPE genomes might be compatible with cross-species transmission of TPE within ecosystems or environmental exposure leading to acquisition of closely related strains.

By following the evolution of populations that are initially genetically homogeneous, much can be learned about core biological principles. For example, it allows for detailed studies of the rate of emergence of de novo mutations and their change in frequency due to drift and selection. Unfortunately, in multicellular organisms with generation times of months or years, it is difficult to set up and carry out such experiments over many generations. An alternative is provided by "natural evolution experiments" that started from colonizations or invasions of new habitats by selfing lineages. With limited or missing gene flow from other lineages, new mutations and their effects can be easily detected. North America has been colonized in historic times by the plant Arabidopsis thaliana, and although multiple intercrossing lineages are found today, many of the individuals belong to a single lineage, HPG1. To determine in this lineage the rate of substitutions -- the subset of mutations that survived natural selection and drift --, we have sequenced genomes from plants collected between 1863 and 2006. We identified 73 modern and 27 herbarium specimens that belonged to HPG1. Using the estimated substitution rate, we infer that the last common HPG1 ancestor lived in the early 17th century, when it was most likely introduced by chance from Europe. Mutations in coding regions are depleted in frequency compared to those in other portions of the genome, consistent with purifying selection. Nevertheless, a handful of mutations is found at high frequency in present-day populations. We link these to detectable phenotypic variance in traits of known ecological importance, life history and growth, which could reflect their adaptive value. Our work showcases how, by applying genomics methods to a combination of modern and historic samples from colonizing lineages, we can directly study new mutations and their potential evolutionary relevance.