Population genomics indicate three different modes of divergence and speciation with gene flow in the green-winged teal duck complex.

The processes leading to divergence and speciation can differ broadly among taxa with different life histories. We examine these processes in a small clade of ducks with historically uncertain relationships and species limits. The green-winged teal (Anas crecca) complex is a Holarctic species of dabbling duck currently categorized as three subspecies (Anas crecca crecca, A. c. nimia, and A. c. carolinensis) with a close relative, the yellow-billed teal (Anas flavirostris) from South America. A. c. crecca and A. c. carolinensis are seasonal migrants, while the other taxa are sedentary. We examined divergence and speciation patterns in this group, determining their phylogenetic relationships and the presence and levels of gene flow among lineages using both mitochondrial and genome-wide nuclear DNA obtained from 1,393 ultraconserved element (UCE) loci. Phylogenetic relationships using nuclear DNA among these taxa showed A. c. crecca, A. c. nimia, and A. c. carolinensis clustering together to form one polytomous clade, with A. flavirostris sister to this clade. This relationship can be summarized as (crecca, nimia, carolinensis)(flavirostris). However, whole mitogenomes revealed a different phylogeny: (crecca, nimia)(carolinensis, flavirostris). The best demographic model for key pairwise comparisons supported divergence with gene flow as the probable speciation mechanism in all three contrasts (crecca-nimia, crecca-carolinensis, and carolinensis-flavirostris). Given prior work, gene flow was expected among the Holarctic taxa, but gene flow between North American carolinensis and South American flavirostris (M âˆ¼0.1-0.4 individuals/generation), albeit low, was not expected. Three geographically oriented modes of divergence are likely involved in the diversification of this complex: heteropatric (crecca-nimia), parapatric (crecca-carolinensis), and (mostly) allopatric (carolinensis-flavirostris). Our study shows that ultraconserved elements are a powerful tool for simultaneously studying systematics and population genomics in systems with historically uncertain relationships and species limits.

Estimating Movement Rates Between Eurasian and North American Birds That Are Vectors of Avian Influenza.

Avian influenza (AI) is a zoonotic disease that will likely be involved in future pandemics. Because waterbird movements are difficult to quantify, determining the host-specific risk of Eurasian-origin AI movements into North America is challenging. We estimated relative rates of movements, based on long-term evolutionary averages of gene flow, between Eurasian and North American waterbird populations to obtain bidirectional baseline rates of the intercontinental movements of these AI hosts. We used population genomics and coalescent-based demographic models to obtain these gene-flow-based movement estimates. Inferred rates of movement between these continental populations varies greatly among species. Within dabbling ducks, gene flow, relative to effective population size, varies from ∼3 to 24 individuals/generation between Eurasian and American wigeons (Mareca penelope and Mareca americana) to ∼100-300 individuals/generation between continental populations of northern pintails (Anas acuta). These are evolutionary long-term averages and provide a solid foundation for understanding the relative risks of each of these host species in potential intercontinental AI movements. We scale these values to census size for evaluation in that context. In addition to being AI hosts, many of these bird species are also important in the subsistence diets of Alaskans, increasing the risk of direct bird-to-human exposure to Eurasian-origin AI virus. We contrast species-specific rates of intercontinental movements with the importance of each species in Alaskan diets to understand the relative risk of these taxa to humans. Assuming roughly equivalent AI infection rates among ducks, greater scaup (Aythya marila), mallard (Anas platyrhynchos), and northern pintail (Anas acuta) were the top three species presenting the highest risks for intercontinental AI movement both within the natural system and through exposure to subsistence hunters. Improved data on AI infection rates in this region could further refine these relative risk assessments. These directly comparable, species-based intercontinental movement rates and relative risk rankings should help in modeling, monitoring, and mitigating the impacts of intercontinental host and AI movements.

Estimación de las tasas de movimiento entre aves euroasiáticas y norteamericanas que son vectores de la influenza aviar. La influenza aviar es una enfermedad zoonótica que probablemente estará involucrada en futuras pandemias. Debido a que los movimientos de aves acuáticas son difíciles de cuantificar, La determinación del riesgo específico de hospedador de los movimientos de influenza aviar de origen euroasiático en América del Norte es un desafío. Se estimaron las tasas relativas de movimientos, sobre la base de promedios evolutivos a largo plazo del flujo de genes, entre las poblaciones de aves acuáticas euroasiáticas y norteamericanas para obtener tasas de referencia bidireccionales de los movimientos intercontinentales de estos huéspedes de influenza aviar. Se utilizó genómica de poblaciones y modelos demográficos basados en la teoría de la coalescencia para obtener estas estimaciones de movimiento basadas en el flujo de genes. Las tasas inferidas de movimiento entre estas poblaciones continentales varían mucho entre especies. Dentro de los patos chapuceros, el flujo de genes, en relación con el tamaño efectivo de la población, varía aproximadamente de 3 a 24 individuos/generación entre los silbones europeos y americanos (Mareca penelope y Mareca americana) hasta aproximadamente entre 100 a 300 individuos/generación entre poblaciones continentales de ánades rabudos (Anas acuta). Estos son promedios evolutivos a largo plazo y proporcionan una base sólida para comprender los riesgos relativos de cada una de estas especies hospedadoras en posibles movimientos intercontinentales de la influenza aviar. Se evaluaron estos valores al tamaño del censo para evaluarlos en ese contexto. Además de ser huéspedes de influenza aviar, muchas de estas especies de aves también son importantes en las dietas de subsistencia de los habitantes de Alaska, lo que aumenta el riesgo de exposición directa de las aves al ser humano por el virus de la influenza aviar de origen euroasiático. Se contrastaron las tasas específicas de especies de movimientos intercontinentales con la importancia de cada especie en las dietas de personas en Alaska para comprender el riesgo relativo de estos taxones para los humanos. Suponiendo tasas de infección por influenza aviar aproximadamente equivalentes entre patos, el porrón bastardo o pato boludo mayor (Aythya marila), el ánade real (Anas platyrhynchos) y el ánade rabudo eran las tres especies principales que presentaban los mayores riesgos para el movimiento de influenza aviar intercontinental tanto dentro del sistema natural como a través de la exposición a cazadores de subsistencia. La mejora de los datos sobre las tasas de infección por influenza aviar en esta región podría mejorar aún más estas evaluaciones de riesgo relativo. Estas tasas de movimiento intercontinental directamente comparables, basadas en especies, y clasificaciones de riesgo relativo deberían ayudar a modelar, monitorear y mitigar los impactos de los movimientos intercontinentales de huéspedes y de la influenza aviar.