Habitat degradation and climate change are thought to be altering the distributions and abundances of animals and plants throughout the world, but their combined impacts have not been assessed for any species assemblage1,2,3,4. Here we evaluated changes in the distribution sizes and abundances of 46 species of butterflies that approach their northern climatic range margins in Britain—where changes in climate and habitat are opposing forces. These insects might be expected to have responded positively to climate warming over the past 30 years, yet three-quarters of them declined: negative responses to habitat loss have outweighed positive responses to climate warming. Half of the species that were mobile and habitat generalists increased their distribution sites over this period (consistent with a climate explanation), whereas the other generalists and 89% of the habitat specialists declined in distribution size (consistent with habitat limitation). Changes in population abundances closely matched changes in distributions. The dual forces of habitat modification and climate change are likely to cause specialists to decline, leaving biological communities with reduced numbers of species and dominated by mobile and widespread habitat generalists.

Abstract Reconstruction of target genomes from sequence data produced by instruments that are agnostic as to the species-of-origin may be confounded by contaminant DNA. Whether introduced during sample processing or through co-extraction alongside the target DNA, if insufficient care is taken during the assembly process, the final assembled genome may be a mixture of data from several species. Such assemblies can confound sequence-based biological inference and, when deposited in public databases, may be included in downstream analyses by users unaware of underlying problems. We present BlobToolKit, a software suite to aid researchers in identifying and isolating non-target data in draft and publicly available genome assemblies. BlobToolKit can be used to process assembly, read and analysis files for fully reproducible interactive exploration in the browser-based Viewer. BlobToolKit can be used during assembly to filter non-target DNA, helping researchers produce assemblies with high biological credibility. We have been running an automated BlobToolKit pipeline on eukaryotic assemblies publicly available in the International Nucleotide Sequence Data Collaboration and are making the results available through a public instance of the Viewer at https://blobtoolkit.genomehubs.org/view. We aim to complete analysis of all publicly available genomes and then maintain currency with the flow of new genomes. We have worked to embed these views into the presentation of genome assemblies at the European Nucleotide Archive, providing an indication of assembly quality alongside the public record with links out to allow full exploration in the Viewer.

The evolutionary importance of hybridization and introgression has long been debated. Hybrids are usually rare and unfit, but even infrequent hybridization can aid adaptation by transferring beneficial traits between species. Here we use genomic tools to investigate introgression in Heliconius, a rapidly radiating genus of neotropical butterflies widely used in studies of ecology, behaviour, mimicry and speciation. We sequenced the genome of Heliconius melpomene and compared it with other taxa to investigate chromosomal evolution in Lepidoptera and gene flow among multiple Heliconius species and races. Among 12,669 predicted genes, biologically important expansions of families of chemosensory and Hox genes are particularly noteworthy. Chromosomal organization has remained broadly conserved since the Cretaceous period, when butterflies split from the Bombyx (silkmoth) lineage. Using genomic resequencing, we show hybrid exchange of genes between three co-mimics, Heliconius melpomene, Heliconius timareta and Heliconius elevatus, especially at two genomic regions that control mimicry pattern. We infer that closely related Heliconius species exchange protective colour-pattern genes promiscuously, implying that hybridization has an important role in adaptive radiation.

Plant-parasitic nematodes are major agricultural pests worldwide and novel approaches to control them are sorely needed. We report the draft genome sequence of the root-knot nematode Meloidogyne incognita, a biotrophic parasite of many crops, including tomato, cotton and coffee. Most of the assembled sequence of this asexually reproducing nematode, totaling 86 Mb, exists in pairs of homologous but divergent segments. This suggests that ancient allelic regions in M. incognita are evolving toward effective haploidy, permitting new mechanisms of adaptation. The number and diversity of plant cell wall-degrading enzymes in M. incognita is unprecedented in any animal for which a genome sequence is available, and may derive from multiple horizontal gene transfers from bacterial sources. Our results provide insights into the adaptations required by metazoans to successfully parasitize immunocompetent plants, and open the way for discovering new antiparasitic strategies.

There is growing concern about increased population, regional, and global extinctions of species. A key question is whether extinction rates for one group of organisms are representative of other taxa. We present a comparison at the national scale of population and regional extinctions of birds, butterflies, and vascular plants from Britain in recent decades. Butterflies experienced the greatest net losses, disappearing on average from 13% of their previously occupied 10-kilometer squares. If insects elsewhere in the world are similarly sensitive, the known global extinction rates of vertebrate and plant species have an unrecorded parallel among the invertebrates, strengthening the hypothesis that the natural world is experiencing the sixth major extinction event in its history.

The scale of diversity of life on this planet is a significant challenge for any scientific programme hoping to produce a complete catalogue, whatever means is used. For DNA barcoding studies, this difficulty is compounded by the realization that any chosen barcode sequence is not the gene 'for' speciation and that taxa have evolutionary histories. How are we to disentangle the confounding effects of reticulate population genetic processes? Using the DNA barcode data from meiofaunal surveys, here we discuss the benefits of treating the taxa defined by barcodes without reference to their correspondence to 'species', and suggest that using this non-idealist approach facilitates access to taxon groups that are not accessible to other methods of enumeration and classification. Major issues remain, in particular the methodologies for taxon discrimination in DNA barcode data.

Using a molecular barcode, derived from single-specimen polymerase chain reaction (PCR) and sequencing of the 5' segment of the small subunit ribosomal RNA (SSU) gene, we have developed a molecular operational taxonomic unit (MOTU) scheme for soil nematodes. Individual specimens were considered to belong to the same MOTU when the sequenced segment of 450 bases was > 99.5% identical. A Scottish upland Agrostis-Festuca grassland soil was sampled, using both culture-based and random selection methods. One hundred and sixty-six cultured isolates were sequenced, and clustered into five MOTU. From 74 randomly sampled individuals across the study site, 19 MOTU were defined. A subsequent sample of 18 individuals from a single subplot contained eight MOTU, four of which were unique to the single subplot sample. Interestingly, seven of these MOTU were not present in the culture-independent sampling. Overall, a total of 23 MOTU were defined from only 240 sequences. Many MOTU could readily be assigned to classical, morphologically defined taxonomic units using a database of SSU sequences from named nematode species. The MOTU technique allows a rapid assessment of nematode taxon diversity in soils. Correlation with a database of sequences from known species offers a route to application of the technique in ecological surveys addressing biological as well as genetic diversity.

RNA-seq is now the technology of choice for genome-wide differential gene expression experiments, but it is not clear how many biological replicates are needed to ensure valid biological interpretation of the results or which statistical tools are best for analyzing the data. An RNA-seq experiment with 48 biological replicates in each of two conditions was performed to answer these questions and provide guidelines for experimental design. With three biological replicates, nine of the 11 tools evaluated found only 20%-40% of the significantly differentially expressed (SDE) genes identified with the full set of 42 clean replicates. This rises to >85% for the subset of SDE genes changing in expression by more than fourfold. To achieve >85% for all SDE genes regardless of fold change requires more than 20 biological replicates. The same nine tools successfully control their false discovery rate at ≲5% for all numbers of replicates, while the remaining two tools fail to control their FDR adequately, particularly for low numbers of replicates. For future RNA-seq experiments, these results suggest that at least six biological replicates should be used, rising to at least 12 when it is important to identify SDE genes for all fold changes. If fewer than 12 replicates are used, a superior combination of true positive and false positive performances makes edgeR and DESeq2 the leading tools. For higher replicate numbers, minimizing false positives is more important and DESeq marginally outperforms the other tools.

Abstract Background PacBio high fidelity (HiFi) sequencing reads are both long (15–20 kb) and highly accurate (> Q20). Because of these properties, they have revolutionised genome assembly leading to more accurate and contiguous genomes. In eukaryotes the mitochondrial genome is sequenced alongside the nuclear genome often at very high coverage. A dedicated tool for mitochondrial genome assembly using HiFi reads is still missing. Results MitoHiFi was developed within the Darwin Tree of Life Project to assemble mitochondrial genomes from the HiFi reads generated for target species. The input for MitoHiFi is either the raw reads or the assembled contigs, and the tool outputs a mitochondrial genome sequence fasta file along with annotation of protein and RNA genes. Variants arising from heteroplasmy are assembled independently, and nuclear insertions of mitochondrial sequences are identified and not used in organellar genome assembly. MitoHiFi has been used to assemble 374 mitochondrial genomes (368 Metazoa and 6 Fungi species) for the Darwin Tree of Life Project, the Vertebrate Genomes Project and the Aquatic Symbiosis Genome Project. Inspection of 60 mitochondrial genomes assembled with MitoHiFi for species that already have reference sequences in public databases showed the widespread presence of previously unreported repeats. Conclusions MitoHiFi is able to assemble mitochondrial genomes from a wide phylogenetic range of taxa from Pacbio HiFi data. MitoHiFi is written in python and is freely available on GitHub ( https://github.com/marcelauliano/MitoHiFi ). MitoHiFi is available with its dependencies as a Docker container on GitHub (ghcr.io/marcelauliano/mitohifi:master).