2つのヘミコルドの染色体レベルのゲノムアセンブリは、デュートロストームの起源と染色体進化に関する新しい洞察を提供します

Deuterostomesは、Hemichordata、Echinodermata（一緒にAmvulacrariaと呼ばれる）、およびChordataを含む動物の単系統群です。Deuterostome Body Plansの多様性により、先祖の状態を再構築し、Deuterostome系統の多様化を促進する遺伝的変化を解読することが困難になりました。ここでは、2つのhemichordate種であるPtychodera flavaとCalifornicumの染色体レベルのゲノムアセンブリを生成し、比較ゲノムアプローチを使用して、Deuterostome Common Ancestorの染色体構造を推測し、系統特異的な神経修飾を描写します。ヘミコルド染色体（1N = 23）は、他の大耐性筋と比較して顕著な染色体スケールのマクロシンテニーを示すことを示し、24の減少筋細胞系祖先結合グループ（ALG）に由来することができます。これらのデュートロストームアルグは、以前に推測された二国間アルグと一致し、最後の一般的な二国間の祖先からデュテロストームの起源への比較的短い移行と一致しています。このDeuterostome Alg補体に基づいて、さまざまな系統で発生した染色体再配置イベントを推定しました。たとえば、融合したミックスイベントでは、極端なヘミコルドの2つの染色体に分割されたアンブラクラリア固有のアルグが生成され、この相同藻はウニの別の染色体とさらに融合しました。これらの再配置された染色体に分布したオーソロガス遺伝子は、さまざまな発達プロセスの機能のために濃縮されています。深く保存されたHoxクラスターは、高度に再配置された染色体に配置されており、クラスターの維持は、クラスター内の転置可能な元素の密度が低いためにあることがわかりました。また、デュートロストーム特異的咽頭遺伝子クラスターが、3つの事前に組み込まれた微小細胞ブロックの組み合わせを介して確立されたという証拠を提供します。染色体の再編成イベントと新しい遺伝子クラスターの形成が発達遺伝子の調節制御を変える可能性があるため、これらのイベントは、デイテロストーム間の多様な身体計画の進化に貢献した可能性があることをお勧めします。

Deuterostomes are a monophyletic group of animals that includes Hemichordata, Echinodermata (together called Ambulacraria), and Chordata. The diversity of deuterostome body plans has made it challenging to reconstruct their ancestral condition and to decipher the genetic changes that drove the diversification of deuterostome lineages. Here, we generate chromosome-level genome assemblies of 2 hemichordate species, Ptychodera flava and Schizocardium californicum, and use comparative genomic approaches to infer the chromosomal architecture of the deuterostome common ancestor and delineate lineage-specific chromosomal modifications. We show that hemichordate chromosomes (1N = 23) exhibit remarkable chromosome-scale macrosynteny when compared to other deuterostomes and can be derived from 24 deuterostome ancestral linkage groups (ALGs). These deuterostome ALGs in turn match previously inferred bilaterian ALGs, consistent with a relatively short transition from the last common bilaterian ancestor to the origin of deuterostomes. Based on this deuterostome ALG complement, we deduced chromosomal rearrangement events that occurred in different lineages. For example, a fusion-with-mixing event produced an Ambulacraria-specific ALG that subsequently split into 2 chromosomes in extant hemichordates, while this homologous ALG further fused with another chromosome in sea urchins. Orthologous genes distributed in these rearranged chromosomes are enriched for functions in various developmental processes. We found that the deeply conserved Hox clusters are located in highly rearranged chromosomes and that maintenance of the clusters are likely due to lower densities of transposable elements within the clusters. We also provide evidence that the deuterostome-specific pharyngeal gene cluster was established via the combination of 3 pre-assembled microsyntenic blocks. We suggest that since chromosomal rearrangement events and formation of new gene clusters may change the regulatory controls of developmental genes, these events may have contributed to the evolution of diverse body plans among deuterostomes.