ヒドロ虫類のブラキュリ遺伝子の進化の歴史には、重複、分岐、新機能化が含まれます

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9382 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

T-box 遺伝子ファミリーのメンバーである Brachyury は、左右相称動物の中胚葉の指定に主要な役割を果たしていることが広く知られています。 これは刺胞動物などの非左右相称後生動物にも存在し、軸方向のパターン形成システムの構成要素として機能します。 この研究では、刺胞動物門内のブラキュリ遺伝子の系統解析を提示し、差次的発現を調査し、ヒドロ虫類ダイナメナ・プミラにおけるブラキュリ・パラログの機能的枠組みに取り組みます。 私たちの分析は、刺胞動物の系統内での Brachury の 2 つの重複事象を示しています。 最初の重複はおそらく中虫類の祖先に出現し、中虫類に 2 つのコピーが生じ、2 番目の重複はヒドロ虫類の祖先に生じ、ヒドロ虫類に 3 つのコピーが生じたと考えられます。 Brachyury1 および 2 は、D. pumila の体軸の口極を示す保存的な発現パターンを示します。 反対に、Bracyury3 の発現は、D. pumila 幼虫のおそらく神経細胞の散在した細胞で検出されました。 薬理学的調節により、他の 2 つの Brachury 遺伝子とは対照的に、Brachyury3 は cWnt シグナル伝達の制御下にないことが示されました。 発現パターンと制御の相違は、ヒドロ虫類における Brachury3 の新機能化を示唆しています。

Brachyury (または T) は、突然変異マウス系統で最初に同定された T-box 転写因子ファミリー 1 の創設メンバー 2 です。 Brachyury の 1 つの対立遺伝子を欠損したマウスは、短い尾の表現型を示します 3。一方、出生前に両方の対立遺伝子を欠損すると、中胚葉と軸構造の形成に重篤な欠陥が生じます 4,5。 その後の研究により、ブラキュリは高度に保存されており、脊索動物だけでなく、有櫛動物からウニに至るほとんどの後生動物、さらには魚胞子類、糸状虫、およびいくつかの初期分岐菌類にも存在することが実証されました6、7、8、9。

Brachury は、さまざまな脊索動物における脊索形成 (10 で概説) および左右相称動物全般の中胚葉の指定 (11 で概説) において重要な役割を果たしており、その進化上の主要な機能はおそらく原腸形成時の胚葉境界および形態形成に関連していると考えられます 12,13。 これは軸方向パターニング遺伝子制御ネットワークの重要な構成要素でもあります14。

ブラキュリの機能は限られた数の種で調べられましたが、胚発生中のその発現パターンはよく研究されています。 Brachyury 発現ドメインの 1 つは、体軸の 1 つの極 (例、刺胞動物の口極、後口動物の後極) で保存的に検出されます 15、16、17、18。ここでは、細胞内在化の部位も腹腔に位置しています。ほとんどの動物。 ヒドロ虫類内では、Clytia hemisphaerica の胚の原腸形成中の細胞侵入部位で Brachyury の発現が証明されました 19。 Brachury は、有櫛動物 8、花虫動物 12、20、棘皮動物 21、22、角尾動物 23、およびこれまでに調査されたすべての脊椎動物 (10 で概説) の原口周囲で発現しますが、この発現ドメインはホヤでは失われています 24。 環形動物、軟体動物、および昆虫では、ブラキュリ発現は原口にも関連していますが、この発現ドメインはさまざまな程度に溶解します（11で概説）。

ブラキュリ遺伝子の単一コピーが、ほとんどの後生動物のゲノムに存在します。 ただし、いくつかの例外があります。 脊索動物内では、Xenopus laevis は 4 つの Brachyury 遺伝子 25​​,26 を持ち、tbxt.L/tbxt.S (Xbra および Xbra2) および tbxt.2.L/tbxt.2.S (Xbra3) はそれぞれアロ対立遺伝子と考えられており、以下に由来します。最近のゲノム重複25、26、27。 X.tropicalis には 2 つの Brachury 遺伝子が含まれており、その 1 つは Xbra/Xbra2 (tbxt) とクラスター化されており、もう 1 つは X. laevis の Xbra3 遺伝子 (tbxt.2) に対応します 28。 メダカ、ゼブラフィッシュ、イトヨなどの硬骨魚類は、ゲノム内に 2 つの Brachury 遺伝子 (Bra および Ntl) を持っています 28,29。 Brachyury は、基底脊索動物の角質に 2 つのコピーで存在します 23,30,31。 系統発生解析によると、重複事象は脊索動物の祖先ではなく、3 つの脊索動物系統すべてで独立して発生しました 28,32。 非脊索動物後生動物の中で、ヒドラ虫と C. hemisphaerica は、ブラキュリ遺伝子のコピーを少なくとも 2 つ持っています 13,33。

刺胞動物内でのブラキュリ遺伝子の進化、特にヒドロ虫類の共通の祖先で遺伝子重複が起こったのか、それともいくつかの独立した系統固有の出来事があったのかを理解するには、徹底的な系統解析が必要です。 この問題を解決するために、我々は刺胞動物門内のブラキュリ遺伝子の系統樹を再構築することを目的としました。 私たちのデータは、メドゥゾゾアの共通祖先における最初の遺伝子重複を示しています。 驚くべきことに、ブラキュリはヒドロ虫類の系統においてもう一つ重複しており、ほとんどの種でブラキュリのパラログが3つ見つかった。 次に、正常な発生中およびコロニーにおけるヒドロ虫類 Dynamena pumila における Brachyury パラログの遺伝子発現パターンの分析により、DpBra1 および DpBra2 の発現とは大きく異なる DpBra3 の発現動態が実証されました。 ブラキュリが cWnt 経路の直接の標的遺伝子であることが知られている 33,34 ため、3 つすべてのブラキュリ パラログが依然として cWnt シグナル伝達の制御下にあるかどうかをテストしました。 薬理学的調節から得られたデータは、DpBra3 が DpBra1 および DpBra2 と比較して異なるように調節されていることを示しています。 総合すると、我々の結果は、ブラキュリ遺伝子の重複がヒドロ虫類系統におけるブラキュリ3の新機能化をもたらしたことを示唆している。

刺胞動物内での Brachyury 遺伝子ファミリーの進化に取り組むために、最初に、最初のクエリとして公開されている C. hemisphaerica Brachyury 遺伝子配列を使用して、D. pumila35 の以前に公開されたトランスクリプトームの TBLASTX 検索を実行しました。 我々は、D. pumila トランスクリプトームから Brachyury 様遺伝子の 3 つの配列を回収し、それらをさらに 10 個の髄動物トランスクリプトームに対する TBLASTX 検索のクエリとして使用しました (「方法」を参照)。 すでに知られている 4 つの花虫配列と合わせて、刺胞動物 16 種から合計 33 のブラキュリ配列が同定されました。

最尤ツリーは、翻訳されたアミノ酸配列を使用し、最適な JTT++ R5 モデルを使用して生成されました (図 1)。 この分析では、海綿動物を除くすべての主要な後生動物グループを表す合計 41 個の Brachury 配列が使用されました。 T-box 転写因子ファミリーには Brachyury9 以外にも Tbx 遺伝子のクラスが含まれるため、後生動物の Tbx 遺伝子の配列をツリーを根付かせるためのアウトグループとして使用しました。 ツリー トポロジの堅牢性をテストするために、アライメントに保守的な T ボックス ドメインも使用しました。 分析されたシーケンスの T ボックスのみを使用して、同じ全体的なトポロジーを持つ追加の最尤ツリーが生成されました (補足情報図 S1)。

TBX 遺伝子を根とする Brachury ファミリーメンバーの ML 系統樹。 ノードの数値はブートストラップ値であり、パーセントで表示されます。 スケールは、部位ごとに予想されるアミノ酸置換を示します。 D. pumila 遺伝子は太字です。

分析されたすべての花虫類は単一の Brachury 遺伝子を持っています (図 1)。 しかし、我々のトランスクリプトーム調査により、Medusozoa 内には Brachury1 以外にも Brachury 遺伝子が多数存在することが明らかになりました (図 1)。 中動物のみのブラキュリ遺伝子は、立方動物、円形動物、およびヒドロ虫のクレードに属します。 それらは、高いノードサポート (100% ブートストラップ値) を備えた Brachyury/Brachyury1 遺伝子とともにクラスター化されます。 立方虫類と円形動物のブラキュリ 2/3 遺伝子はクラスターを形成しており、ヒドロ虫類のみのブラキュリ遺伝子はそれらの姉妹グループを形成しています。 次に、ヒドロ虫のみの Brachyury 遺伝子には、十分に裏付けられたブートストラップ値 (88%) を持つ 2 つの姉妹グループ、Brachury2 と Brachyury3 が含まれています (図 1)。 興味深いことに、我々の分析によれば、以前に研究されたポドコリネ・カルネア36のブラキュリ転写物(AJ428494.1)はブラキュリ3とオルソロガスである。 したがって、分析されたすべてのヒドロ虫類は、それぞれ Brachury2 と Brachury3 を欠く Craspedacusta sowerbii と Hydra vulgaris を除いて、3 つの Brachury 遺伝子を持っています。

ヒドラのブラキュリ遺伝子をより徹底的に分析するために、修正された PIA3 パイプラインを使用して、Hydra 2.0 (Hydra magnipapillata)37 および HydraAEP (Hydra vulgaris)38 ゲノム アセンブリの遺伝子モデルで Brachyury 転写物を検索しました。これにより、T-box タンパク質クラスを取得できます。情報を自動的に取得します。 この分析により、ヒドラのゲノムには2つのブラキュリ遺伝子といくつかのTボックス遺伝子のみが含まれていることが確認されました（補足情報図S2のツリー出力の例を参照）。 手動検索でも、ヒドラのブラキュリ遺伝子は 2 つしか検索されませんでした。 これらすべての結果により、ヒドラが実際にブラキュリを失った可能性が高まります3。

D. pumila Brachury タンパク質の推定全長アミノ酸配列の多重配列アラインメントにより、それらの T ボックスが約 70 ～ 77% の同一性を示すことが明らかになりました。 対照的に、全長配列は全体的なアミノ酸同一性が低いため、残りの領域の保存性は低くなります（図 2a、b）。

推定されたヒドロ虫類ブラキュリタンパク質間の配列保存性の比較。 (a) D. pumila Brachyury タンパク質の T ボックスのアラインメント。 アミノ酸の同一性は青色で、水色は残基が同一ではないが、少なくともカラムのコンセンサスと類似していることを示します。 (b) D. pumila の T-box と完全長 Brachyury タンパク質の同一性マトリックスのパーセント。 ここと下の色は同一性のパーセントのバンドを表します: オレンジ、40 ～ 49%。 淡黄色、50 ～ 59%。 明るい黄色、60 ～ 69%。 ミント、70〜79%。 緑色、80 ～ 89%。 (c) 予測されるヒドロ虫類ブラキュリタンパク質のドメイン構造。 赤いボックスは R1 リプレッサー ドメインに対応します。 ギザギザのエッジは、シーケンスの一致が pfam エントリをモデル化する HMM の全長と一致しないことを示します。 数字はタンパク質の長さをアミノ酸単位で示します。 (d) 全長ヒドロ虫類ブラキュリタンパク質のパーセント同一性マトリックス。

さらに、推定されたブラキュリタンパク質の多重配列アラインメント、hmmscan による機能ドメイン予測、および H. vulgaris Brachyury1 の R1 配列をクエリとして R1 リプレッサードメインの検索を実行しました 33。 ヒドロ虫類の Brachury1 タンパク質は、Brachyury2 および Brachury3 よりも異なる種の相同遺伝子と高い同一性を共有します（図 2c、d）。 種間の Brachyury1 の同一性も、同じ種内の Brachyury パラログ間の同一性よりも高かった（図 2b、d）。 Brachyury1タンパク質のみがC末端領域に抑制R1フラグメントを持っています（図2c、補足情報図S3）。 円形動物および立方動物の Brachury2/3 タンパク質 (補足情報図 S3)、およびヒドロ虫動物の Brachyury2 および Brachury3 タンパク質 (図 2c) はそれを失っています。 種間の配列比較により、分析されたすべてのヒドロ虫類ブラキュリタンパク質の中で、ブラキュリ2タンパク質がTボックスのN末端に位置する最も短い配列（例えば、DpBra2の場合は20アミノ酸）を有するのに対し、ブラキュリ3タンパク質は長さが最も多様であり、ヒドロ虫類間のアミノ酸の同一性（図2c、d）。

Brachyury パラログが D. pumila の発生中に異なって発現されるかどうかを判断するために、ホールマウント in situ ハイブリダイゼーションによってそれらの転写物の時空間分布を分析しました。

D. pumila では、原腸形成は無極性であり、主に外側細胞の上皮化を介して進行します。 この原腸形成様式は胚の表面の変形を引き起こし、その結果、複数の凹みやくぼみが生じます。 したがって、中原腸期では、複数の上皮化したトロイダル表面が胚表面を構成します。 これらの変形は、原腸形成の終わりに向かって滑らかになりますが、この時点ではまだいくつかの圧痕しか見えません。 最後のくぼみは、胚の口腔領域に位置する傾向があります。 ただし、この最後のくぼみは原口と相同ではありません 39。 原腸形成の終わりに、in situ ハイブリダイゼーションにより、原腸胚期胚内の特定の領域と重複しない単一のブロードドメインでの DpBra1 の発現が明らかになりました（図 3a）。 シグナルは外胚葉と内胚葉の両方で視覚化されました (図 3b、c)。 プラヌラ前段階では、発現シグナルは、主に胚の口端にある外胚葉と内胚葉の両方の別々のパッチで検出されました（図3d、e）。 初期のプラヌラ菌では、幼虫の口の 3 分の 1 で DpBra1 発現が観察されました (図 3f、g)。 成熟したプラヌラ菌では、DpBra1 は幼虫の口側半分で発現しました (図 3h、i)。 外胚葉では、DpBra1 発現の 2 つのドメインが観察されました。 先端では、口極に偏った発現シグナルが外胚葉細胞の頂端ドメインで視覚化されました。 また、幼虫の中央に点在する外胚葉細胞でも DpBra1 の発現が見られました。 内胚葉では、発現は口側端の少数の細胞のみに存在しました（図3j）。 図 3k は、発生中の DpBra1 の発現パターンを表します。

胚発生中の DpBra1 の空間発現パターン。 (a) 発現は原腸形成の終わりに広い領域で明らかです。 白い矢印は、トロイダル サーフェスの中心にある開口部を指します。 (b、c) (a) の白い点線で示されたレベルを通る胚の横断面。 発現は外胚葉 (Ect) と内胚葉 (End) の両方に存在します。 (d) 発現細胞はプレプラヌラの口極に位置します。 二重矢印は、口腹 (OA) の体軸の方向を示します。 （ e ）DpBra1シグナルは、マレーズクリア（MC）溶液で除去されたプレプラヌラの外胚葉および内胚葉で顕著です。 (f、g) 初期プラヌラ菌の口腔極に偏った発現の広範な領域。 (h) 成熟プラヌラでは、口の端と体の口の半分の個々の細胞で発現が観察されます。 (i) (h) の白い点線で示されたレベルを通るプラヌラの縦断面図。 発現はほぼ専ら口腔外胚葉に局在しています。 (j) (i) の拡大図。 黒い矢印は、DpBra1 発現のある単一内胚葉細胞を示します。 黒い点線は基底層を示します。 (k) 発生中の DpBra1 の発現パターンのスキーム。

DpBra2発現は、原腸形成の終わりに外胚葉と内胚葉の両方で検出され、また広いドメインを形成します（図4a、b）。 プレプラヌラ/初期プラヌラでは、DpBra2 発現が胚の口側半分で観察され、口側極でより顕著なシグナルが見られました（図4c）。 転写物は外胚葉細胞の核周囲の細胞質に集中していました（図4d）。 成熟したプラヌラ菌では、極に向かって偏った幼虫の口の3分の1でDpBra2発現が観察されました（図4e、f）。 DpBra2 RNAは、外胚葉細胞の頂端ドメインで視覚化されました（図4g）。 DpBra1 (図3j)の場合と同様に、発現は単一内胚葉細胞にも存在しました(図4g)。 図 4h は、発生中の DpBra2 の発現パターンを表します。

胚発生中の DpBra2 の空間的発現パターン。 (a) 原腸形成の終わりにおける広範な発現ドメイン。 白い矢印は、トロイダル サーフェスの中心にある開口部を指します。 (b) マレーズクリア (MC) 溶液で除去された原腸胚。 発現シグナルは胚の内部細胞で検出されます。 (c) 口腔極の発現に偏り、プレプラヌラ/初期プラヌラの半分をカバーします。 二重矢印は、口 - 口（O - A）の体軸の方向を示します。 (d) (c) の白い点線で示されたレベルを通る胚の縦断面図。 DpBra2 転写物は、外胚葉 (Ect) 細胞の核周囲の細胞質で視覚化されます。 内胚葉を終了します。 黒い点線は基底層を示します。 (e) 成熟プラヌラでは口頭発現が極にわずかに偏っている。 (f) (e) の白い点線で示されたレベルを通るプラヌラの縦断面図。 発現は主に口腔外胚葉に局在しています。 (g) (f) の拡大図。 DpBra2 転写物は、外胚葉細胞の頂端ドメインで視覚化されます。 黒い矢印は、DpBra2 発現のある単一内胚葉細胞を示します。 黒い点線は基底層を示します。 (h) 発生中の DpBra2 の発現パターンのスキーム。

DpBra3は、DpBra1およびDpBra2と同様のパターンで、原腸形成の終わりに広いドメインで発現されました（図5a）。 ただし、DpBra3 の発現パターンは、後の発生段階では大きく異なりました。 プラヌラ前段階では、DpBra3 シグナルが口腹軸の中心に帯として見えました（図 5b、c）。 発生が進むにつれて、発現領域は初期プラヌラの中心部を覆うまで拡大しました（図5d）。 縦断面図（図5e、f）は、転写物が主に散在する外胚葉細胞の基底ドメインに存在することを明らかにした。 プラヌラが伸長するにつれて、発現は幼虫の中央部分の個別の外胚葉細胞で継続しました（図5g、h）。 弱いシグナルは腹側内胚葉にも現れた（図５ｇ、ｈ）。 成熟したプラヌラ菌の縦切片は、DpBra3発現細胞のボトル状（図5i）および三角形（図5j）の本体が基底層の真上に位置するか、内胚葉と外胚葉の間にあることを明確に示しました。 後者はおそらく内胚葉から外胚葉に向かって移動します（図5h）。 図5kは、発生中のDpBra3の発現パターンを表しています。

胚発生中の DpBra3 の空間発現パターン。 (a) 原腸形成の終わりにおける広範な発現ドメイン。 白い矢印は、トロイダル サーフェスの中心にある開口部を指します。 (b、c) 発現はプレプラヌラの外胚葉に示される中央のベルトを形成します。 二重矢印は、口 - 口（O - A）の体軸の方向を示します。 (d) 発現細胞は、初期プラヌラ細胞の中央の広い帯として見えます。 (e、f) (d) の白い点線で示されたレベルを通る幼虫の縦断面図。 発現は厳密に外胚葉性であり、染色は主に基底細胞ドメインで視覚化されます。 (g) 成熟幼虫の中央領域に散在する細胞に強い染色が見られます。 弱い染色が腹側内胚葉で観察されます。 (h) (g) の白い点線で示されたレベルを通るプラヌラの縦断面図。 強く染色された細胞は外胚葉にあります。 (i,j) (h) の拡大図。 発現細胞の円柱状および三角形の本体は、基底層の真上にあります。 エクト内胚葉、エンド内胚葉。 黒い点線は基底層を示します。 (k) 発生中の DpBra3 の発現パターンのスキーム。

さらに、D. pumila のコロニーシュートにおける 3 つの Brachury 遺伝子の発現パターンを調べました。 D. pumila は、双放射対称性を有する一足で成長するコロニーを形成します。 コロニーのシュートは反復モジュールで構成されます。 各モジュールは、中央のシュートの断片と側面の 2 つの消火栓で構成されます (図 6a)。 特定の器官、つまりシュート成長先端部での形態形成サイクルの繰り返しにより、新しいモジュールが上部に形成されます（図6b）。 ステージ 1 は、形態形成サイクルがまだ始まっていない状態を表します (図 6b1)。 ステージ 2 では、先端の頂端面が上向きに湾曲して成長が始まります (図 6b2)。 段階 3 では、先端が伸びて半球状になります (図 6b3)。 ステージ 4 では、成長先端が中央部分と 2 つの側方部分に分かれています (図 6b4)。 側方原基は消火栓にさらに分化し、中央部分は新芽の成長先端になります（図6b1*）。

D. pumila のコロニーにおける Brachury 遺伝子の空間的発現パターン。 (a) D. pumila コロニーの新芽。 黄色のブラケットはシュート成長先端部 (sgt) を示し、白いブラケットはシュートの 1 つのモジュール (mdl) を示します。 h ハイドラント。 (b) D. pumila のシュート成長先端における形態形成サイクルのスキーム。 1 ～ 4 の数字は、形態形成の連続する段階を示します。 新しいノード間が形成された後、サイクルが新たに始まります (アスタリスク)。 (c) 形態形成サイクルのステージ 2 および 4 におけるシュート成長先端における Brachury 遺伝子の空間発現パターン。 ステージ 2 では、シュート成長先端の中央頂端部分で DpBra1 の発現が明らかです。 DpBra2 の発現はシュート成長先端の頂点の反対側に見られます。 ステージ 4 では、DpBra1 の発現は頂点で均一です。 DpBra2 の発現は先端の反対側に残ります。 矢印は表現の領域を指します。 DpBra3 の発現は検出されませんでした。 （d）消火栓におけるブラキュリ遺伝子の空間的発現パターン（消火栓の全体および中心を通る縦断面図）。 Brachury 遺伝子の発現は、ハイドランスの下部口口で明らかです。 黒い矢印は内胚葉での発現を指します。 赤い矢印は外胚葉での発現を指します。

我々は、形態形成サイクルの第 2 段階と第 4 段階の苗条の成長先端と、完全に形成された分化した消火栓における 3 つの Brachyury 遺伝子の発現パターンを分析しました。 DpBra1およびDpBra2の発現は、成長先端の頂端外胚葉で検出されました（図6c）。 DpBra1 は、ステージ 2 では頂点の中央部で発現し、ステージ 4 では均一に発現します。DpBra2 の発現は、ステージ 2 とステージ 4 で頂点の反対側の 2 つのドメインで観察されました。したがって、DpBra1 と DpBra2 の発現ドメインはステージで重複しません。 DpBra3 発現はシュート成長先端では検出されませんでした。

3 つの Brachury 遺伝子の発現がハイドランスの下部口口で観察されました (図 6d)。 アジドラの中心の縦断面図から、DpBra1 が外胚葉と内胚葉の両方で発現していることが明らかになりました。 DpBra2 シグナルは下口内胚葉ではっきりと確認できましたが、外胚葉でのシグナルの存在は不明です。 残念ながら、DpBra3 シグナルは微弱すぎて詳細な検査はできませんでしたが、(表面から見た場合) 外胚葉で発現しているようです。

ヒドラと C. hemisphaerica では、2 つのヒドロ虫類ブラキュリ遺伝子、ブラキュリ 1 およびブラキュリ 2 が cWnt シグナル伝達によって調節されていることが以前に示されました 13,33,40,41。 しかし、Brachury3 が重複事象後も依然として cWnt 依存性遺伝子であるかどうかは不明です。 我々は、D. pumila の cWnt 経路に対する 3 つの Brachury 遺伝子の依存性をアッセイしました。 原腸胚期の胚を、cWnt経路を調節するための異なる濃度の薬剤で処理し、プラヌラ期まで培養し、その後、D. pumila のプラヌラ幼生における 3 つの Brachyury 遺伝子の発現パターンを調べました (図 7)。 アザケンパウロン (Azk) は cWnt シグナル伝達を活性化し、iCRT14 はそれを阻害します 42、43、44。 以前の研究では、cWnt シグナル伝達の過剰活性化により幼虫の口腔ドメインが拡大する一方、その阻害により D. pumila の口腔ドメインが減少することが示されています 39。

DpBra1 および DpBra2 の発現は cWnt シグナル伝達経路の活性に依存しますが、DpBra3 の発現は依存しません。 cWnt経路の薬理学的調節は、プラヌラ幼生におけるDpBra1およびDpBra2の発現領域を変化させる。 内胚葉シグナル陽性細胞の数も増加します (詳細は縦断セクションを参照)。 cWnt の過剰活性化により、DpBra3 発現ドメインが腹側にシフトします。 cWnt 阻害は DpBra3 発現に特に影響を与えません。 矢印は、幼虫の口極にある DpBra3 発現細胞を指します (詳細を参照)。 二重矢印は、すべての幼虫の口 - 口（O - A）の体軸の方向を示します。

DMSO処理した（対照）幼虫は、正常な形態および3つのブラキュリ遺伝子の発現パターンを有していた（図7）。 増加する濃度の Azk で処理すると、DpBra1 および DpBra2 発現ドメインが徐々に拡大しました。 2.5 μM Azk 処理後、最も腹側の領域を除く幼虫全体で DpBra1 および DpBra2 発現シグナルが観察されました。 内胚葉の DpBra1 および Bra2 陽性細胞の数も増加しました。 逆に、iCRT14によるcWntシグナル伝達の段階的な阻害は、領域内のDpBra1およびDpBra2発現ドメインの減少をもたらした(図7)。

驚くべきことに、cWntシグナル伝達の過剰活性化はDpBra3発現ドメインの拡大をもたらさなかった。 DpBra3 発現細胞のベルトはますます腹側の位置に移動し、中央ドメインが空になりました。 2.5μM Azk処理の結果、幼虫の腹側極にDpBra3発現細胞が数個検出された（図７：矢じり）。 cWntシグナル伝達の阻害によって、DpBra3発現ドメインは顕著に変化しなかった(図7)。

3 つの D. pumila Brachyury 遺伝子の機能的差異を明らかにするために、我々は Xenopus laevis アニマル キャップ アッセイ システムを採用しました。 このアッセイを使用して、DpBra1、DpBra2、および DpBra3 がナイーブ アフリカツメガエルの動物のキャップ細胞の細胞運命に影響を与える能力について調査しました。 未処理の動物のキャップは表皮組織に分化することが知られています 45 が、アフリカツメガエル Bra または Hydra Bra1 mRNA の注入は中胚葉特異化を促進し、Hydra Bra2 mRNA は神経誘導活性を示します 33,46。 DpBra1、DpBra2、または DpBra3 をコードするキャップ付き mRNA を 2 ～ 4 細胞期の胚の動物領域に注入し (胚あたり約 1 ng)、胞胚期 (ステージ 8) で動物のキャップを解剖し、対照胚が得られるまで培養しました。神経胚後期（ステージ 18）に達し、従来のまたは定量的 RT-PCR（qRT-PCR）を使用してこれらのキャップにおけるマーカー遺伝子発現を調べました。 注射されていない動物キャップを対照群として使用した。

DpBra1は、中胚葉マーカー遺伝子actc1.L（筋肉アクチン）47の発現（図8a）および別の中胚葉マーカー遺伝子myod.S47の発現を有意に（P < 0.0001）誘導した。 qRT-PCRを使用した対照群ではmyod.S発現が低すぎて信頼性の高い定量ができなかったため、ゲル電気泳動を使用して誘導を示しました（図8c）。 DpBra1は神経マーカー遺伝子tubb2b.S47の発現に影響を及ぼさなかったが（図8b）、DpBra2およびDpBra3は神経および中胚葉マーカー遺伝子の発現に影響を与えなかった（図8）。

D. pumila Brachyury 遺伝子を注入されたアフリカツメガエルの動物の帽子の分子表現型。 （a、b）D. pumila Brachyury mRNAによるactc1.L、myod2.S、およびtubb2b.Sの誘導に関するRT-qPCR分析。 データは、実験群における正規化された倍率変化表現 (平均 ± SD) として表示されます。 n n 値。 (a) では実験グループの数は 3、3、2 です。 (b)の3、2、2。 ***p < 0.001。 (c) D. pumila Brachyury mRNA による注入後の myod.S のゲル電気泳動。 NCネガティブコントロール。 L DNAラダー。 矢印は DNA ラダーの 500 bp バンドを指します。 補足情報図S4の未処理ゲル画像を参照してください。

遺伝子重複は調節遺伝子の進化を促進し、シグナル伝達分子および転写因子のファミリーの拡大を促進します48,49。 重複イベントにより、遺伝子の 2 つのコピー (パラログ) が生成され、その両方が「親」遺伝子に対してオルソロガスです。 その後の進化は分岐につながる可能性があります。1 つのコピーはそのオルソログとの高い類似性を保持しますが、2 つ目のコピーは構造変化を受け、娘コピーまたは子コピーとして指定される可能性があります 50。 本研究では、ブラキュリ転写因子の 3 つのパラロガス遺伝子がヒドロ虫類系統で発見されました。 系統発生学的再構成は、最初の重複事象がヒドロ虫類クレードが分岐する前（中虫類の共通祖先またはそれ以前）に起こったことを示唆している。 最初の重複の「娘」コピー（ブラキュリ2/3）は、ヒドロ虫類の共通祖先において追加の重複事象を経験しました（図1）。

遺伝子複製後には 3 つの主なシナリオがあります。 最初の結果は、複製されたコピーの機能が失われ、偽遺伝子となるか失われます。 他の 2 つの結果は、サブ機能化と新機能化です 51,52。 部分機能化の場合、2 つの重複したコピーが祖先遺伝子の元の機能を共有し、祖先の機能全体を保存するには両方が必要です 51,53。 2 つの重複した発現ドメインの重複は、サブ機能化の発生を反映していることがよくあります 51。 新機能化の場合、一方のコピーは祖先の機能を保持し、もう一方のコピーは選択圧から緩和されるため自由に新しい機能を獲得し 53、祖先遺伝子とは異なる発現ドメインを獲得することがよくあります 54,55。 調節遺伝子による新たな機能の獲得は、後生動物の発生経路と身体計画の多様化において重要な役割を果たしています56,57。 重要なのは、同じ複製でも、異なる機能に関してサブ機能化と新機能化の両方の特徴を表示できることです58。

Brachury の進化は、サブ機能化と新機能化の両方の兆候を明らかにします。 硬骨魚では、2 つの Brachury 遺伝子の発現により、共通の脊索動物パターンが明らかになります 28,59。 両方のブラキュリ遺伝子の同時欠失のみがマウスのホモ接合性ブラキュリ変異体の表現型を再現しており 4,28 、これは硬骨魚におけるブラキュリの重複に続く機能低下を示している。 逆に、XBra3 (tbxt2.L/tbxt2.S) は機能および発現の時空間パターンにおいて XBra および XBra2 (tbxt,L/tbxt,S) とは異なるため、新機能化は X. laevis における Brachyury 重複に続くようです 60。 ヒドロ虫内でのブラキュリ重複の結果は、以前に Hydra で研究されていました 33。 どちらの Brachyury パラログもヒドラの下口口で発現されますが、それらは異なるコード配列を進化させ、機能を分岐させました。 著者らは、Brachury パラログは Hydra におけるサブ機能化と新機能化の混合を示していると主張しています 33。 しかし、同様の結果が他の刺胞動物におけるブラキュリ遺伝子の役割を形作ったかどうかは不明です。

ブラキュリ遺伝子は、研究されている他の刺胞動物でも軸方向のパターン形成に関与しています 14。 極原腸形成を有する刺胞動物種では、軸方向のパターン形成と関連しており、胚の口腔領域で発生します 61、ブラキ​​ュリの発現は原腸形成の形態形成運動を伴います 12,19,20。 36. 原腸形成中の C. hemisphaerica では、ブラキュリ パラログ (ChBra1 および ChBra2) が重複パターンを示し 19、原腸形成の進行に重要です 13。 原腸形成中の D. pumila では、3 つの Brachyury パラログすべてが広いドメインで発現されます (図 3a、4a、5a)。 極性原腸形成を有する刺胞動物種とは対照的に12、ブラキュリ遺伝子がD. pumilaの外内胚葉境界の境界を規定する可能性は低い。なぜなら、この種では特に原腸形成中に胚葉の仕様が軸極性および口腔領域と関連していないからである39。

ブラキュリ遺伝子の主な経口発現は、刺胞動物の生活環を通して継続します。 Brachyuryは、花虫類幼虫の咽頭12,20、およびC. hemisphaericaおよびD. pumilaのヒドロ虫類幼虫の口腔外胚葉で発現されており、そこでBrachyury1およびBrachyury2の発現が検出されます19（図3h〜j、4e〜g）。 驚くべきことに、Brachury3 オルソログはヒドロ虫の幼虫の口腔組織と関連していません。 Brachyury3グループを用いた分析によれば、腹側外胚葉36クラスターで発現されるP. carneaのBrachyuryオルソログを以前に調べました（図1）。 D. pumila では、Brachury3 は、形態学的に刺胞動物の神経系の感覚細胞に類似した個別の三角形およびボトル状の外胚葉細胞で発現を示します 62 が、Brachury は花虫類 Nematostella において神経抑制因子として機能することが知られています 14。 さらに、DpBra1およびDpBra2を含む刺胞動物および左右対称動物におけるブラキュリ発現のWnt依存性が報告されているのとは対照的に、DpBra3はcWnt依存性ではないようである 14,63 (図6)。 Brachury3オルソログは、ヒドロ虫類のBrachyury遺伝子ファミリー間で長さとアミノ酸同一性において強い多様性を示します（図2c、d）。 タンパク質の配列、制御、および発現ドメインの違いは、新たに派生した Brachury3 がヒドロ虫類の種において異なる機能に分岐したことを示唆しています。

D. pumila のアジドラでは、DpBra3 の発現パターンは DpBra1 および DpBra2 のパターンと大きく異なり、以前の研究と一致しています 33、36、64、65。 3つのBrachyuryパラログすべてが、重複するパターンでアジドランサスの口口内に検出されました（図6d）。 おそらく、ヒドロ虫類のヒドランスにおけるブラキュリの本来の機能は、全体としての口腔領域（口口）の仕様に関連していると考えられます。 Hydra33 と同様に、D. pumila hydrathes の下口口における Brachyury パラログの発現ドメインが重複していることは、機能低下が起こっていることを示唆しています 51。

D. pumila コロニー 66 のシュート成長先端では、DpBra1 および DpBra2 がその頂端外胚葉で強く発現されており (図 6c)、これは幼虫の口腔ドメインの派生型と考えられます。 DpBra2 発現とアジドランツ原基の形成との関連は、D. pumila のアジドランツ原基における DpBra2 の新規機能を示しています。

Brachyury 機能の特異性は、主に N 末端ドメインと C 末端ドメインによって定義されますが、中央の T ボックスによっては定義されません 9,67。 以前の研究33および我々のデータ（図8）と一致して、ヒドロ虫類Brachyury1オルソログの機能の高度な保存は、タンパク質配列の高度な保存と一致しています（図2c）。 ただし、我々のデータは、Brachyury2 と Brachury3 の機能の相違を示しています。 アフリカツメガエルのアニマルキャップアッセイでは、DpBra2およびDpBra3は、中胚葉マーカーactc1.Lまたはmyod.Sの発現増加を引き起こしませんでした（図8a、c）。 Brachyury2 および Brachyury3 では、N および C 末端ドメインは祖先遺伝子とのアミノ酸同一性が低く、祖先の C 末端抑制ドメイン R1 を失っています（図 2a-c）。 これらの末端ドメインの違いは、ヒドロ虫類の Brachyury2 と Brachyury3 の新機能化および亜機能化の原因となっている可能性がありますが、それらは主にコード配列の変異ではなく、制御配列の変異によって起こることが示唆されています 68。

総合すると、我々のデータは、刺胞動物におけるブラキュリの2つの重複事象を示しています。 Brachury1 は、機能レベルと配列レベルの両方で最も保存的な重複です。 研究されているヒドロ虫類、特に D. pumila では、軸の形成とパターン形成の重要な要素としてその祖先の機能が保存されていると考えられています。 ヒドロ虫類 Brachury 2 および Brachury 3 は、サブ機能化および新機能化の特徴を明らかにします。 しかしながら、Brachyury3 は、ヒドロ虫類の間で配列と機能に強い相違を示します。 ブラキュリに関する我々のデータは、重複遺伝子のサブ機能化と新機能化と複雑な結果との間の不明瞭な境界のモデルを裏付けており 58 、重複後のシナリオに関する研究に有望なモデルを提供する。

D. pumila のコロニーのサンプリングと D. pumila の胚に関する実験手順は、D. pumila の期間中にペルツォフ白海生物学基地 (ロモノーソフ モスクワ州立大学) (カンダラクシャ湾、北緯 66 度 340、東経 33 度 080) で行われました。有性生殖（6月～7月）。 性的に成熟したコロニーは、+ 10 ～ 12 °C の天然海水中に保管されました。 全体観察は実体顕微鏡 Leica M165C で行いました。

cWntシグナル伝達を活性化/阻害するために、原腸形成胚をそれぞれ0.5/1/2.5μM 1-Azakenpaullone (Sigma、カナダ/中国)または1/2.5/10μM iCRT-14 (Sigma、米国/中国)で処理した。 ストック溶液は 10 mM の DMSO で調製し、等分して -20 °C で保存しました。 使用溶液は、使用前に濾過海水 (FSW) で原液を最終濃度まで希釈することによって調製されました。 対照胚は、FSW中の0.1% DMSOに曝露されました。 実用的な溶液は毎日更新されました。 インキュベーションは暗所で行った。

brachury 遺伝子ファミリー内の系統関係を分析するために、28 の後生動物種を調査しました。 遺伝子配列はいくつかの情報源から得られました (補足情報表 S1)。 左右相称動物、有櫛動物、平皮動物および花虫動物の配列は、NCBI データベースのヌクレオチド コレクションから取得しました。 組み立てられた刺胞動物のトランスクリプトームの一部は、NCBI の公開データベース (Aurelia aurita、Morbakka virulenta、Nemopilema nomuroi、Podocoryna carnea、Lucernariaquadricornis、Tripedalia cystophora69、Dynamena pumila35、Polypodium hydriforme70、または他のウェブサイト (Clytia hemisphaerica71、Hydractinia symbiolongicarpu)) からダウンロードされました。 s72)、ヒドラ38) 。 Craspedacusta sowerbii と Margelopsis haeckelii のトランスクリプトームは私たち自身で新たに収集されました。 Margelopsis haeckelii のデータは新たに収集および配列決定されており、私たちの研究室で利用できます。 読み取り品質管理は、fastp (v.0.20.0) ソフトウェア 73 を使用して実行されました。 De novo トランスクリプトームは、rnaSPAdes (v.3.13.1)74 ソフトウェアを使用して組み立てられました。 アセンブリの品質は、後生動物データベースを備えた BUSCO v.3.0.2 を使用して評価されました75。

C. hemisphaerica の Brachyury 遺伝子 ABJ16449.1 および JAC85032.1 を、D. pumila トランスクリプトームにおける Brachyury 遺伝子のローカル tblastx 検索のクエリとして使用しました。 得られた D. pumila Brachury 様遺伝子の 3 つの配列をクエリとして使用し、他の 10 種類の髄動物トランスクリプトームで Brachury 様遺伝子を検索しました。 合計 12 件の中虫類のトランスクリプトームを調査しました (補足情報表 S1)。 また、左右相称動物、有櫛動物、板動物および花虫動物のブラキュリ遺伝子の配列も使用しました。

NCBI データベースに対応するタンパク質配列がないヌクレオチド配列は、Transdecoder v5.5.0 を使用して翻訳されました。 分析された配列内の T ボックスの検索は、NCBI 保存ドメイン検索ツールを使用して実行されました。 アミノ酸配列のアラインメントと系統解析は、MUSCLE ソフトウェア (v3.8.31) の MUSCLE アルゴリズムを使用して実行されました76。 Tbx 遺伝子の配列をアウトグループとして選択しました。 配列アラインメントは、TrimAL ツール v.1.2rev5977 を使用して、アラインメントが不十分な領域を削除することによってトリミングされました。 ヒューリスティックなアプローチ「automated1」を使用して、アライメントをトリミングする最適な自動方法を選択しました。 トリミングは手動調整なしで実行されました。 系統解析は、IQTree v.2.0-rc2 ソフトウェア 78 を使用して最尤法で実行されました。 JTT + R5 モデルが最適であることがわかりました。 ブランチのサポートを評価するために、超高速ブートストラップ (UFBoot) を使用して 1000 回の反復を実行してブートストラップ値を計算しました 79。 樹木は FigTree v1.4.4 ソフトウェアで視覚化されました。 得られた系統樹をAdobe Illustrator CCで処理した。 ツリー トポロジと枝の長さは修正されませんでした。

私たちは、系統発生学的情報に基づいたアノテーション パイプライン PIA380 を使用して、Hydra 2.0 および HydraAEP ゲノム アセンブリの遺伝子モデルで Brachyury 転写物を検索しました。 PIA3 パイプラインは PIA281 から変更されており、GitHub82 で入手できます。 変更により、T-box タンパク質のクラス情報を自動的に取得できるようになりました。

ヒドロ虫類ブラキュリの機能ドメインを分析するために、HmmerWeb v.2.41.183 の hmmscan を使用して、選択したタンパク質配列を Pfam 隠れマルコフ モデル (HMM) データベースに対してスキャンしました。 ヒドロ虫類ブラキュリ内の保存された R1 ドメインの同定は、HyBra133 の R1 ドメインをクエリとして、ClustalW 配列アラインメント サービス 84 を使用して実行されました。 タンパク質のドメイン構造は、Pfam85 を使用して視覚化されました。 ヒドロ虫類ブラキュリタンパク質と D. pumila Brachyury の T-box の多重配列アラインメントと同一性行列の計算は、デフォルト設定の ClustalW を使用して実行され、BOXSHADE 3.21 を使用してシェーディングされました。

cDNA発現ライブラリーは、Mint cDNA合成キット(Evrogen、ロシア)を用いて全胚RNAからSMARTアプローチにより調製した。 cDNA遺伝子断片は、遺伝子特異的プライマーを用いたPCRによってライブラリーから単離されました(表1を参照)。 プライマーは、D. pumila35 の配列決定されたトランスクリプトーム (Illumina) から得られた配列に基づいて設計されました。 増幅された断片をpAL-TAベクター(Evrogen、ロシア)にクローン化した。 ジゴキシゲニン標識アンチセンスＲＮ​​Ａプローブは、Ｄ．ｐｕｍｉｌａ遺伝子を有するプラスミドから増幅された遺伝子断片から生成された。

in situ ハイブリダイゼーションプロトコルは、D. pumila の新芽およびアジサイについては 66、D. pumila 胚については 39 で前述したように実行されました。 尿素ベースの in situ ハイブリダイゼーション法がアジサイに使用されました 86。

シュートをＦＳＷ中の０．２％グルタルアルデヒド／４％ホルムアルデヒドで１分間固定し、次にＦＳＷ中の４％ホルムアルデヒドでさらに１時間固定した。 サンプルをPTw (0.1% Tween 20を含む1×PBS)で3回洗浄し、ハイブリダイゼーションまで-20℃で100%メタノール中で一晩以内に保存した。 胚をFSW中の4％パラホルムアルデヒドを用いて+4℃で一晩固定し、PBSですすぎ、ハイブリダイゼーションまで100％メタノール中で-20℃で保存した。

サンプルを PTw で再水和し、プロテイナーゼ K (80 μg/ml、22 °C) で 1 ～ 3 分間処理しました。 内因性アルカリホスファターゼを不活性化し、偽陽性結果を回避するために、サンプルを + 80 °C で 30 分間加熱しました。 ハイブリダイゼーションは、ジゴキシゲニン標識アンチセンス RNA プローブ (1 ng/μL) を用いて 62 °C (シュート) または 58 °C (胚) で実行されました。 プローブの検出には、抗 DIG アルカリホスファターゼ結合抗体 (Roche; 1/2000 希釈) および NBT/BCIP 基質 (Roche) を使用しました。 バックグラウンド染色を減らすために、染色されたサンプルを PTw とメタノールで洗浄し、グリセロール (87%) にマウントしました。

いくつかの標本をマレーズクリア溶液（安息香酸ベンジルとベンジルアルコールの２：１混合物）で処理して、光学的組織の透明化を達成した。 いくつかの標本をテクノビット樹脂に埋め込みました。 Reichert-Jung (Leica) Ultra-cut 701701 ウルトラミクロトーム (Reichert-Jung、オーストリア) を使用して切片 (厚さ 5 ～ 7 μm) を切断しました。 サンプルの画像化は、Leica DFC420C (5.0MP) デジタルカメラを備えた Leica M165C 顕微鏡 (Leica、ドイツ) を使用して行われました。

野生型アフリカツメガエルは、イギリスのポーツマス大学生物科学部のヨーロッパアフリカツメガエル資源センター (EXRC) またはアメリカのアフリカツメガエル 1 から入手しました。 カエルの維持とケアは、フライブルク大学医療センター (RI_00544) の AquaCore 施設の標準手順に従って、国際アフリカツメガエル コミュニティ リソース センター NXR および EXRC、および Xenbase (http://www. xenbase.org/、RRID:SCR_003280)。 この作業はドイツの動物保護法に準拠して行われ、登録者番号 2 で承認されました。 バーデン ヴュルテンベルク州による G-18/76。

X.ラエビスの卵を収集し、体外受精させた後、標準的な手順で培養し、マイクロインジェクションを行った87。 2.5% Ficoll PM 400 (GE Healthcare、#17-0300-50) を含む 1/3 × 改変フロッグリンガー液 (MR) 中で PicoSpritzer セットアップを使用して、2 細胞期または 4 細胞期で胚に mRNA を胚あたり 2 回注入しました。 ）、注射後にゲンタマイシンを含む１／３×ＭＲに移した。 液滴サイズは、注入ごとに約 7 ～ 8 nL に調整されました。 注入された胚または注入されなかった（対照）胚を、st まで培養した。 8. 動物の帽子を1×改変バース溶液(MBS)中で解剖し、0.5×MBS + ゲンタマイシンに移した。 条件および実験ごとに 10 ～ 15 個のオルガノイドを TRIzol に収集しました。

全長 D. pumila Brachyury 配列を cDNA ライブラリーから増幅し、pCS2 + 8 プラスミドにクローン化しました。 pCS2 + 8 は、Amro Hamdoun からの贈り物でした (Addgene プラスミド #34931; http://n2t.net/addgene:34931; RRID:Addgene_34931)88。 mRNAは、Not1でプラスミドを線形化した後、RNAse阻害剤（Promega #N251B）を補充したSp6（#AM1340）を使用してAmbion mMessage Machineキットを使用して調製し、50 ng/μlで注入しました。

標準的な Trizol (Invitrogen #15596026) プロトコルを使用して全 RNA を抽出し、iScript cDNA 合成キット (Bio-Rad #1708891) を使用した cDNA 合成に使用しました。 qPCR 反応は、96 ウェル PCR プレート (ブランド #781366) の CFX Connect Real-Time System (Bio-Rad) で Sso Advanced Universal SYBR Green Supermix (Bio-Rad #172-5275) を使用して実施しました。 従来のPCRおよびゲル電気泳動は、S1000サーマルサイクラー(Bio-Rad)で同様に実施した。 遺伝子特異的プライマーについては表 1 を参照してください。

発現値は、2 つのハウスキーピング コントロール遺伝子、EF1 および ODC に対して正規化されました (2ΔΔCt 法)。 結果は、相対倍率変化 (rFC) の平均 ± 標準偏差 (sd) として表示されます。これは、対照グループと比較した実験グループの分析された遺伝子発現の正規化された mRNA レベルの比です。

qRT-PCR後の正規化された遺伝子発現データの統計分析は、GraphPad Prism 5ソフトウェアで実行されました。 データ分布の正規性はコルモゴロフ・スミルノフ検定によってチェックされました。 グループ間の差異は、一元配置分散分析とそれに続くダンネット事後検定で評価されました。 有意性はグラフ上のアスタリスクで示されます。 0.05 未満の P 値は、すべての分析において有意であるとみなされました。 すべての実験は、統計的な比較を可能にするために、対照条件を一致させて設計されました。 対照グループの n 値は 7 です。 各実験グループの n 値はグラフに記載されています。

写真は Adob​​e Photoshop CS6 プログラムで編集されました。 最適な露出とコントラストを達成するために、RGB チャンネルの「明るさ」、「コントラスト」、「露出」、および「レベル」の変更が使用されました。すべてのツールは、局所的にではなく画像全体に適用されました。

この研究で得られた配列は GenBank に寄託されています (OP828770 ～ OP828776、OP902368、OP902367)。

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サンプルを入手し、「顕微鏡センター WSBS MSU」のすべての必要な施設と機器へのアクセスを提供してくれたモスクワ州立大学の NA Pertsov White Sea Biological Station に感謝します。 pCS2+8 プラスミド (Addgene プラスミド # 34931) については Amro Hamdoun 博士に感謝します。

Walentek の研究室での研究は、エミー ネーター プログラム (助成金 WA3365/2-2) およびドイツのエクセレンス戦略 (CIBSS-EXC-2189-プロジェクト ID 390939984) に基づいて、ドイツ財団 (DFG) によってサポートされています。 SKは、RASのコルツォフ発生生物学研究所のプロジェクト番号0088-2021-0009によって支援されています。 D. pumila コロニーの分子パターン形成の研究は、RFBR、プロジェクト番号 20-04-00978a (SK 宛) によって資金提供されました。

形態形成進化研究所、コルツォフ発生生物学研究所 RAS、Vavilova 26、モスクワ、119334、ロシア

アレクサンドラ・A・ヴェトロワ & スタニスラフ・V・クレムニョフ

ロモノーソフ モスクワ州立大学生物学部発生学科、Leninskiye Gory 1/12、モスクワ、119234、ロシア

ダリア・M・クパエワ & スタニスラフ・V・クレムニョフ

オーストリア科学技術研究所 (ISTA)、Am Campus 1、3400、クロスターノイブルク、オーストリア

アレナ・キゼンコ

分子進化開発部門、生物システム生物学センター、ウィーン大学、Althanstraße 14、1090、ウィーン、オーストリア

タチアナ・S・レベデワ

フライブルク大学医学部、腎臓部門、内科 IV、医療センター、79106、フライブルク、ドイツ

ピーター・バレンタイン

CIBSS-Centre for Integrative Biological Signaling Studies、フライブルク大学、79104、フライブルク、ドイツ

ピーター・バレンタイン

解剖発生学研究所、ゲッティンゲン大学医療センター、Kreuzbergring 36、37085、ゲッティンゲン、ドイツ

ニコロズ・ツィコリア

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AAV は実験を実施し、配列分析を実行し、統計分析を実行し、結果を解釈し、草稿を書き、図を作成しました。 DMK はトランスクリプトームを構築し、全長 Brachury タンパク質配列の系統解析を実施しました。 AK は、系統発生学的情報に基づいたアノテーション パイプラインを使用して、ヒドラのゲノム内の Brachyury 遺伝子を検索しました。 TSLは実験の実施に参加しました。 PW はアニマル キャップ アッセイと定量的 RT-PCR を実施しました。 NT はデータの視覚化に参加しました。 SVK は研究を概念化、設計、監督し、実験と T-box ドメインの系統解析を実施し、結果を解釈しました。 著者全員が最終原稿を読み、修正し、承認しました。

スタニスラフ・V・クレムニョフへの書簡。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

Vetrova、AA、Kupaeva、DM、Kizenko、A. 他。 ヒドロ虫類におけるブラキュリ遺伝子の進化の歴史には、重複、分岐、および新機能化が含まれます。 Sci Rep 13、9382 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-35979-8

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受信日: 2023 年 1 月 20 日

受理日: 2023 年 5 月 26 日

公開日: 2023 年 6 月 9 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35979-8

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