Pertes immunogénétiques co

Nature Communications volume 13, Numéro d'article : 7610 (2022) Citer cet article

2657 accès

1 Citations

23 Altmétrique

Détails des métriques

Chez les poissons syngnathidés hautement dérivés ( syngnathes , dragons des mers et hippocampes ), l'évolution du comportement de couvaison inversé selon le rôle sexuel a abouti à la grossesse masculine de la lignée des hippocampes, dont les mâles disposent d'une poche à couvain spécialisée dans laquelle les femelles déposent des œufs pendant l'accouplement. Ensuite, les œufs sont intimement engloutis par un tissu ressemblant à un placenta qui facilite les échanges de gaz et de nutriments. Comme les pères tolèrent immunologiquement les embryons allogéniques, il a été suggéré que la grossesse masculine co-évoluait avec des adaptations immunologiques spécifiques. En effet, nous montrons ici qu'un remplacement spécifique d'acides aminés dans le facteur de transcription tlx1 est associé à l'asplénie des hippocampes (perte de rate, un organe central du système immunitaire), comme l'a confirmé une expérience CRISPR-Cas9 utilisant le poisson zèbre. La génomique comparative à travers la phylogénie des syngnathidés a révélé que la complexité du répertoire de gènes du système immunitaire diminue à mesure que l'intensité des soins parentaux augmente. L'évolution synchrone des altérations immunogénétiques et de la grossesse masculine soutient l'idée que la grossesse masculine a co-évolué avec la tolérance immunologique de l'embryon.

La diversification évolutive des animaux est allée de pair avec une complexité croissante du système immunitaire1,2. En tant que caractéristique de l'évolution des vertébrés, le système MHC/récepteur des lymphocytes B/récepteur des lymphocytes T, un bras essentiel du système immunitaire adaptatif, est apparu pour la première fois chez les vertébrés à mâchoires et a accompagné à la fois le rayonnement des requins et des raies, et plus tard le rayonnement des poissons osseux3,4. L'émergence de cellules et de molécules spécialisées, ainsi que du système lymphatique et de la rate en tant qu'organe lymphoïde secondaire important des vertébrés a permis une réorganisation et des modifications immunologiques complexes au cours de l'évolution du système immunitaire adaptatif des vertébrés2. À une rare exception, la rate est absente chez les hippocampes (famille des Syngnathidae)5,6. Cela soulève la question de savoir comment ils font face sans cet organe immunitaire vital et ce qui a finalement été sélectionné pour la perte évolutive de la rate. Les hippocampes sont célèbres pour leur morphologie emblématique et leur histoire de vie très inhabituelle, qui comprend un comportement de couvaison inversé selon le rôle sexuel via la "grossesse masculine"7,8. Alors que les femelles des lignées plus basales de syngnathidés collent simplement leurs œufs sur des plaques de couvaison sur la face ventrale des mâles, la poche à couvain d'hippocampe des mâles représente un organe plus dérivé pour les soins paternels et est la structure la plus complexe de leur famille pour protéger et nourrir les embryons9. Les hippocampes femelles transfèrent les œufs lors de l'accouplement dans les poches à couvain des mâles où les embryons sont implantés et nourris par un "pseudoplacenta". Sa fonction est analogue à celle d'un placenta maternel de mammifère et fournit des nutriments et de l'oxygène aux embryons en développement qui éclosent à l'intérieur de la poche des mâles10,11,12 (Fig. 1a).

a Un arbre d'espèces montrant l'évolution des traits spécialisés de grossesse masculine et d'asplénie chez l'hippocampe. Pendant la grossesse, les embryons implantés dans le "pseudoplacenta" des hippocampes mâles sont reconnus par le système immunitaire paternel. b Quatre espèces d'hippocampes, issues des principales lignées d'hippocampes, ont été incluses dans les analyses génomiques comparatives. Les espèces nouvellement séquencées sont indiquées en rouge. Ma, il y a des millions d'années. c Les 30 principales voies KEGG des familles de gènes contractées chez les hippocampes. Les catégories impliquées dans l'immunité sont colorées en marron. Les figures ont été créées avec BioRender.com. La carte utilisée a été téléchargée à partir d'un site Web gratuit de cartes du monde (https://www.freeworldmaps.net/outline/maps.html). Les données source sont fournies sous la forme d'un fichier de données source.

Chez les vertébrés, la viviparité chez les femelles - à l'exception unique de la grossesse masculine des hippocampes à rôle sexuel inversé - a évolué plus de 150 fois indépendamment13,14. Alors que la grossesse offre des avantages à la progéniture en développement, lui permettant d'être mieux protégée de la prédation en début de vie et d'être libérée à un stade avancé de son cycle biologique, elle pose un défi immunologique pour la mère enceinte : comment les embryons semi-allogéniques sont-ils immunologiquement tolérés ? Comme solution à ce défi immunologique, les embryons de mammifères réduisent la diversité des molécules MHCI exprimées sur les trophoblastes, qui constituent la couche cellulaire en contact direct avec le tissu maternel4,15. En revanche, chez les hippocampes, la co-évolution du système immunitaire avec la grossesse masculine reste largement méconnue. En plus de la rate, certaines autres parties importantes du répertoire génétique du système immunitaire adaptatif sont absentes chez les hippocampes, et ces pertes secondaires ont été supposées être liées à la nouveauté évolutive qu'est la grossesse masculine5,6.

Dans le but d'étudier les changements liés au système immunitaire au cours de l'évolution de la grossesse masculine des hippocampes, nous analysons de manière comparative les génomes de deux hippocampes séquencés de novo avec d'autres génomes de téléostéens précédemment publiés, en nous concentrant sur l'innovation évolutive des gènes liés au système immunitaire (Fig. 1b et tableau supplémentaire 1). Nous découvrons qu'une seule mutation d'acide aminé dans le facteur de transcription tlx1 est très probablement à l'origine du changement le plus radical, la perte de la rate (appelée "asplénie") chez les hippocampes. Nous le vérifions par des mutations knock-out et faux-sens de tlx1 chez le poisson zèbre. De nouvelles informations sur le système immunitaire modifié, y compris le système du complément et les immunoglobulines de cette lignée, confirment son lien précédemment hypothétique avec l'origine évolutive de la grossesse masculine.

Nous avons généré des génomes de référence au niveau des chromosomes d'Hippocampus zosterae (2n = 44) et de H. mohnikei couvrant respectivement 458 Mo et 527 Mo. Avec des contig N50 de 7,3 Mb et 18,1 Mb et des gènes BUSCO presque complets (92,95% et 93,46%), nous avons réussi à générer des assemblages de haute qualité (tableau complémentaire 5, 6, note complémentaire 1). En incluant les génomes déjà publiés de H. come16 et H. erectus17, nous avons pu effectuer des analyses génomiques comparatives complètes de quatre espèces d'hippocampes (sous-famille des Syngnathinae) qui ont développé une grossesse masculine (Fig. 1b) par comparaison avec neuf autres génomes de téléostéens d'ordres différents (Note complémentaire 2). Nous montrons que 1260 familles de gènes ont subi une contraction significative dans la lignée des hippocampes (Fig. 4a supplémentaire et données supplémentaires 1–2). L'analyse d'enrichissement de la voie KEGG des familles de gènes contractées a révélé des signatures liées aux voies de réponse immunitaire, telles que la maladie thyroïdienne auto-immune, le rejet d'allogreffe et le traitement et la présentation de l'antigène (Fig. 1c et tableau supplémentaire 13), qui ont été étayés par une analyse de la perte de gènes (Fig. 4b supplémentaire et données supplémentaires 1). La contraction ou la perte de familles de gènes liées au système immunitaire ont considérablement contribué aux modifications identifiées dans le système immunitaire de l'hippocampe et sont vraisemblablement liées à l'évolution unique de la grossesse masculine et de sa structure de poche incubatrice (Note complémentaire 3). Comme à aucun de ces gènes, un rôle dans le développement de la rate ne peut être attribué, leur perte ne peut pas être la base moléculaire de l'asplénie chez les hippocampes.

Notre analyse génomique comparative a identifié des gènes subissant une sélection positive, une évolution rapide ou contenant des mutations spécifiques à la lignée chez les hippocampes (Données supplémentaires 4–8). Le développement de la rate est médié par la régulation précise de plusieurs facteurs de transcription, notamment Pbx1, Tlx1, Nkx3-2 et Nkx2-518,19,20 (Fig. 2a). Dans le domaine homéobox de tlx1 (initialement confondu avec Hox1119,21), une mutation spécifique à l'hippocampe a été identifiée (Fig. 2a et Fig. 8 à 10 supplémentaires). Il a été rapporté que Tlx1, qui contient trois exons et un domaine homéobox (Fig. 2b), contrôle la spécification du destin des cellules primordia spléniques et l'expansion des organes. C'est le seul gène connu dont la pseudo-fonctionnalisation entraîne une perte de rate sans provoquer d'autres anomalies du développement19. Pour valider la spécificité de la mutation, nous avons étendu nos analyses à une gamme phylogénétique plus large (34 espèces), comprenant des mammifères, des oiseaux, des reptiles, des amphibiens et des poissons supplémentaires. Les séquences d'acides aminés de l'homéobox de tlx1 étaient identiques chez tous les vertébrés, à l'exception d'une mutation spécifique à l'hippocampe, où une thréonine hydrophile (T, Thr) a été remplacée par l'alanine hydrophobe (A, Ala) (Fig. 2b et Supplément Fig. 11a). Une validation plus poussée de l'exon2 tlx1 chez 18 espèces d'hippocampes a confirmé que cette mutation était une caractéristique commune à tous les hippocampes (Fig. 2c, Figs. Supplémentaires 12-13 et Note complémentaire 4). La famille des Syngnathidae est un clade important (> 350 espèces) et diversifié de téléostéens morphologiquement uniques. Ils peuvent être divisés en deux sous-familles : les Nerophinae et les Syngnathinae22,23. Lors de l'évaluation du locus de la mutation également dans tous les autres membres disponibles de la sous-famille des Syngnathinae, nous avons détecté que tous les membres étudiés du genre Syngnathus (tous avec des organes de couvaison fermés assez dérivés et étroitement liés aux hippocampes) partagent la mutation décrite. En revanche, des membres plus éloignés avec des organes de couvaison moins complexes, tels que le dragon des mers et le syngnathe alligator - où les œufs sont simplement attachés à la face ventrale de la queue des mâles8 - ont conservé l'alanine ancestrale dans cette position. En ce qui concerne la sous-famille des Nerophinae, nous avons découvert que les séquences TLX1 présentaient des substitutions d'acides aminés de A à L et de A à I chez Oostethus manadensis et Nerophis ophidion, respectivement (Fig. 11b supplémentaire). Nous avons également fourni le phénotype splénique pour un certain nombre d'espèces de syngnathidés en utilisant des méthodes morphologiques, histologiques et Micro CT. Les dissections ont montré que les espèces des genres Hippocampus et Syngnathus (tous deux appartenant à Syngnathinae) ont perdu au cours de l'évolution une rate non ambiguë, mais pas Syngnathoides biaculeatus (appartient à la sous-famille Syngnathinae) ni Nerophis ophidion (qui appartiennent à la sous-famille Nerophinae) (Fig. 14 supplémentaire). Comme les mutations dans les exons des gènes codant pour les protéines peuvent entraîner des changements phénotypiques substantiels, nous avons émis l'hypothèse que la mutation identifiée dans le domaine homéobox conservé de tlx1 pourrait être associée à la perte de la rate chez les espèces Hippocampus et Syngnathus.

a Diagramme schématique des gènes impliqués pendant la croissance et la morphogenèse de la rate (modifié à partir d'études précédentes18). Couleur rouge Tlx1, la variation spécifique à la séquence chez les hippocampes ; RA, acide rétinoïque. b Structure du gène (panneau supérieur) et alignements multiples d'acides aminés (panneau inférieur) de Tlx1. Seahorse abrite une mutation faux-sens de A (Alanine, Ala) à T (Thréonine, Thr) dans l'homéodomaine. c Examen approfondi des données de la mutation tlx1 identifiée chez 18 espèces d'hippocampes. Tous les hippocampes détectés présentent T (ACT) au lieu de A (GCT ou GCC ou GCG), contrairement aux autres vertébrés. La figure a été créée avec BioRender.com.

Pour tester cette hypothèse, nous avons effectué une édition du génome médiée par CRISPR / Cas9 pour générer deux lignées de poisson zèbre: la ligne d'inactivation complète du gène (tlx1▲) et la ligne de mutation ponctuelle spécifique (tlx1A208T) imitant la mutation faux-sens de l'hippocampe (Fig. 3a, Fig. 15 supplémentaire et note complémentaire 5). Comme le montrent les figures 3b et c, il a été constaté que les poissons zèbres tlx1▲ et tlx1A208T perdaient leur rate chez tous les individus examinés, ce qui suggère que la mutation spécifique à l'hippocampe est liée de manière causale à une altération fonctionnelle de tlx1, ce qui conduit à une asplénie fonctionnelle. Que cette mutation ait causé à l'origine une asplénie fonctionnelle dans cette lignée de syngnathidés, ou qu'une autre mutation ait été causale, ait supprimé la sélection stabilisatrice des gènes impliqués dans le développement de la rate et que tlx1 ait muté alors seulement, ne peut pas être résolue à l'aide de notre ensemble de données. Des études antérieures chez les mammifères et les poissons zèbres ont montré que les knock-out de tlx1 entraînent une asplénie congénitale19,24, indiquant une voie de développement cruciale et conservée des vertébrés. Dans une lignée supplémentaire de poisson zèbre, une autre mutation ponctuelle A à T a été produite sur le site adjacent à la mutation spécifique à l'hippocampe en tant que mutation de point de contrôle. De même, la lignée tlx1A207T avait une rate normale, similaire à celle du poisson zèbre de type sauvage, ce qui étaye davantage l'hypothèse selon laquelle la mutation A208T chez les hippocampes pourrait être à l'origine de la perte de la rate (Fig. 3b, c et Supplémentaire Figs. 16–18).

a Édition du génome de trois lignées de poisson zèbre (tlx1▲, tlx1A208T et tlx1A207T) à l'aide de la technologie CRISPR/Cas9. Les procédures sont détaillées dans la Fig. 15 supplémentaire. ▲ représente l'inactivation complète du gène, tandis que A208T et A207T indiquent les mutations ponctuelles spécifiques aux sites 622 et 619 du poisson zèbre tlx1, respectivement. Bleu, tlx1▲ ; rouge, tlx1A208T ; Jaune, tlx1A207T. La séquence nucléotidique tlx1 de l'ADN génomique de trois lignées de poisson zèbre a été validée par séquençage Sanger. La figure a été créée avec BioRender.com. les poissons zèbres b, c tlx1▲ et tlx1A208T présentaient une asplénie tandis que les poissons zèbres tlx1A207T avaient une rate intacte; le taux d'asplénie des individus a été calculé et répertorié (n = 11 ~ 23). Le phénotype splénique de 74 autres individus a été répertorié dans les figures supplémentaires. 16–18. Type sauvage WT. d Nombre de gènes différentiellement exprimés (DEG) de tlx1▲ et tlx1A208T par rapport à celui d'individus de type sauvage via des comparaisons des transcriptomes du cerveau, des reins, de l'intestin et du foie. e Carte volcanique des DEG partagés et spécifiques au groupe dans le cerveau de tlx1▲ et tlx1A208T par rapport à celui du groupe de type sauvage. Le bleu, le rouge et le gris représentent des DEG significativement modifiés dans tlx1▲, tlx1A208T et les deux groupes, respectivement. f L'enrichissement en GO des DEG entre tlx1▲ et tlx1A208T illustre les différents modèles d'expression génique associés au développement et au fonctionnement du cerveau. L'enrichissement a été effectué à l'aide du package GOseq R, et P corrigé < 0,05 a indiqué un enrichissement significatif. La taille du cercle représente le nombre de gènes dans chaque catégorie. Les données source sont fournies sous la forme d'un fichier de données source.

Le facteur de transcription tlx1 contribue non seulement à l'organogenèse de la rate, mais joue également un rôle crucial dans le développement et le fonctionnement du cerveau25. Des expériences in situ sur l'hippocampe tlx1 ont montré une expression dans le cerveau postérieur et les arcs pharyngiens chez les embryons, similaire à celle chez la souris et le poisson zèbre au cours de l'embryogenèse (Fig. 19a supplémentaire et note supplémentaire 6) 19,21,24. Pour étudier les effets des mutants spécifiques à l'hippocampe et les comparer à la lignée d'inactivation complète du gène, des analyses d'expression génique à l'échelle de la transcriptomique (RNAseq) du cerveau et de trois organes liés au système immunitaire (foie, rein et intestin) ont été effectuées (Note complémentaire 7). Par rapport à la lignée tlx1▲, la lignée tlx1A208T présente toujours des schémas transcriptomiques plus similaires à ceux du type sauvage, avec un nombre inférieur de gènes exprimés de manière différentielle (DEG) dans tous les tissus testés (Fig. 3d, Fig. 19b supplémentaire – e et Données supplémentaires 11). Comparé au poisson zèbre de type sauvage, le poisson zèbre asplénique (tlx1A208T) présentait des profils d'expression génique différentiels des gènes impliqués dans les voies du CMH et du complément, par exemple mhc1zka et ciita régulés à la baisse, tandis que chia, C3a.2 et C9 étaient régulés à la hausse spécifiquement dans le rein (Fig. 19i – k supplémentaire).

De plus, la plupart des DEG étaient spécifiques de tlx1▲ ou de tlx1A208T, à l'exception d'un petit nombre partagé par les deux lignées (75 gènes, cerveau), indiquant que des effets plus graves sont causés par l'inactivation complète du gène par rapport à la mutation ponctuelle (Fig. 3e, Fig. 19f – h supplémentaire et données supplémentaires 11). L'analyse d'enrichissement GO des DEG dans le cerveau entre les lignées tlx1▲ et tlx1A208T a révélé des signatures dans le composant membranaire, l'activité enzymatique de l'oxydase et les processus de biosynthèse (Fig. 3f, Fig. 20 supplémentaire et Données supplémentaires 12), qui sont vitaux pour le développement et le fonctionnement du cerveau26,27. Nos résultats suggèrent que bien que les poissons zèbres tlx1▲ et tlx1A208T aient le même phénotype d'asplénie, l'édition du génome a entraîné des effets différents sur d'autres organes.

Dans le but de tester l'hypothèse selon laquelle l'évolution régressive du système immunitaire est liée à l'évolution d'une grossesse masculine unique, nous avons scanné les génomes à la recherche de modifications des gènes liés au système immunitaire impliqués dans la grossesse, informés par des publications antérieures15,28,29,30,31,32 et enregistré leur perte complète, nombre de copies réduit ou autre variation de séquence notable (Fig. 4a et note complémentaire 8). Dans cette étude, nous avons observé la présence omniprésente de molécules de MHCII (trois copies de MHC IIa et trois à quatre copies de MHC IIb) et une perte évidente non seulement de cd8b6, mais aussi de batf3 chez les hippocampes (Fig. 4a, Figs supplémentaires. 21a, 22). Pendant ce temps, les gènes il12a / b et ifng, qui codent pour les cytokines importantes pour la voie alternative indépendante de Batf333, sont présents chez les hippocampes et les syngnathes (Fig. 4a).

a Copiez le nombre de gènes clés impliqués dans le développement et la fonction des lymphocytes DC, MHC, T/B et des composants complémentaires 3–4 chez les hippocampes et autres vertébrés. Cellule dendritique DC, complexe majeur d'histocompatibilité du CMH. *, variation de la région ITAM (motif d'activation à base de tyrosine de l'immunorécepteur) ; †, basé sur une séquence partielle (séquençage à faible couverture et assemblages de génomes), mais présentant la variation de l'ITAM ; #, Nombre total de MHC II. Les types de poches à couvain sont indiqués à droite. Les espèces Hippocampus et Syngnathus présentent les poches à couvain fermées. b Carte schématique illustrant les compromis moléculaires hypothétiques dans la grossesse mâle des hippocampes. L'asplénie causée par la mutation tlx1 pourrait diminuer les populations de lymphocytes B CD5+. En plus de la diversité réduite correspondante des anticorps, la voie classique du complément déclenchée par les interactions anticorps-antigène pourrait également être affaiblie, affectant les événements en aval déclenchant généralement le rejet de l'allogreffe. La perte de C4 devrait être associée à une diminution de l'abondance des cellules Treg, qui orchestrent la tolérance auto-immune. L'icône ombrée et la ligne pointillée indiquent la perte de gènes dans les génomes des hippocampes. Cellule Treg, cellule T régulatrice. Les figures ont été créées avec BioRender.com.

La rate est essentielle à la production des lymphocytes B-1a B, qui sont responsables de la production d'anticorps naturels chez les mammifères34. Il est important de noter que cd5, le gène homologue au CD5 de mammifère, qui code pour la molécule de surface des cellules B B-1a, a également été perdu chez les hippocampes (figure 4, figures supplémentaires 21b, 23). De plus, nous avons constaté que l'un des motifs d'activation à base de tyrosine des immunorécepteurs (ITAM) nécessaires dans cd79a est absent chez les hippocampes (Fig. 4, Fig. 24–25 supplémentaires). En tant qu'élément vital du complexe des récepteurs des cellules B, la variation structurelle de cd79a pourrait modifier la capacité de signalisation des récepteurs des cellules B35. La caractéristique du système immunitaire adaptatif des vertébrés est la diversification somatique de la famille des immunoglobulines (réarrangement VDJ) en tant que progrès du système immunitaire inné36. Ici, nous avons trouvé un nombre significativement réduit de domaines V dans les gènes codant pour la chaîne lourde (ighv) chez les hippocampes et autres poissons syngnathidés (seulement 2 à 20) par rapport à d'autres téléostéens, notamment le tilapia, le platyfish, le médaka, l'épinoche, le fugu, le poisson zèbre et le lépisosté tacheté (≥ 35) (Fig. 4 et Fig. 26 supplémentaire). De plus, les anticorps peuvent induire le rejet du non-soi par l'activation du système classique du complément, en particulier le composant du complément 4d (C4d)37. Chez les mammifères, plusieurs complications de la grossesse sont associées à une activation excessive ou mal dirigée du système du complément38. Dans cette étude, nous n'avons trouvé que deux copies du gène C3 chez les hippocampes - moins que chez tous les autres téléostéens (trois à huit copies) - alors que C4 est totalement absent (Fig. 4, Figs. Supplémentaires 21c, 28a). Enfin, chez les mammifères, la tolérance immunitaire est renforcée par l'augmentation des cellules Treg pendant la grossesse39. Notre étude a révélé que foxp3 - un régulateur crucial dans l'établissement et le maintien des phénotypes Treg40 - était également perdu chez les hippocampes (Fig. 4 et Supplémentaire Fig. 28b). De plus, plusieurs gènes vitaux impliqués dans la grossesse, notamment cd8a, T-bet, C3, il12a, il12b et cd79a, ont également montré différents modèles d'expression pendant la grossesse des hippocampes, indiquant en outre les caractéristiques immunitaires complexes et uniques de la grossesse masculine (Fig. 29 supplémentaire). De plus, une approche comparative élargie a révélé que l'asplénie et les caractères de grossesse masculine évoluaient indépendamment mais coapparaissaient sur les mêmes branches (Hippocampus et Syngnathus) (Fig. 30 supplémentaire).

Les hippocampes possèdent la forme la plus avancée de grossesse masculine interne complète par rapport aux autres syngnathidés et, simultanément, présentent une asplénie. Un hippocampe mâle enceinte est confronté au dilemme de se défendre immunologiquement et de défendre l'embryon contre les agents pathogènes dominants, tandis que simultanément l'embryon semi-allogénique doit être immunologiquement toléré41. Les syngnathes et les hippocampes ont adapté leur biologie immunitaire englobant des modifications et des pertes de gènes liés au système immunitaire, par exemple les gènes de la voie CD8b et MHC II, ce qui illustre la remarquable flexibilité du système immunitaire des vertébrés en général6. Les mâles enceintes modifient davantage l'expression de gènes immunitaires comme ptgs2, pla2g4a, chia et b2m6,42 soutenant vraisemblablement la tolérance immunologique de l'embryon. En tant que partie vitale du système immunitaire adaptatif, l'absence de la voie du CMH de classe II ne conduit apparemment pas toujours à l'asplénie, car la rate est présente chez d'autres espèces qui ont perdu le MHCII, comme on le sait chez les Gadiformes (par exemple, la morue franche) et la baudroie non parasitante Lophius piscatorius43,44,45,46. De plus, en tant qu'organe lymphoïde secondaire important qui remplit principalement des fonctions immunologiques, la perte d'une rate - médiée par l'inactivation de tlx1 - est liée à une déficience immunologique chez la souris et le poisson zèbre19,24,47. Nos résultats suggèrent fortement qu'une mutation spécifique à l'hippocampe dans tlx1 conduit à une asplénie, comme le confirment les expériences CRISPR-Cas9. Cette découverte confirme que tlx1 fait partie d'un réseau de facteurs de transcription non redondants requis pour le développement de la rate, et atteste également de la stabilité évolutive des réseaux de facteurs de transcription dans la régulation du développement des organes entre les téléostéens et les mammifères.

Les adaptations immunologiques sont essentielles dans l'évolution de stratégies de reproduction extraordinaires. La grossesse féminine a évolué de manière convergente plus de 100 fois chez les vertébrés et a coévolué par un réglage fin du système immunitaire. De même, chez les poissons pêcheurs de haute mer, la perte de certaines parties de leur système immunitaire a permis de manière cruciale l'intégration du corps masculin dans le corps féminin48. La grossesse masculine a évolué le long d'un gradient de complexité croissante des soins parentaux, allant de la simple fixation d'œufs à la face ventrale des mâles (par exemple, Nerophina) à la complexité observée chez Syngnathus et Hippocampus qui ont développé des poches à couvain avec des structures complexes de type placenta. La perte des caractéristiques immunogénomiques identifiées chez les poissons syngnathidés est apparue de manière concomitante avec l'évolution de la complexité croissante des soins parentaux, comme cela a été montré précédemment pour la perte de MHC II et de cd8b6. Combiné avec la perte identifiée ici de batf3, cela suggère une modification du traitement de l'antigène et de l'immunité spécifique à l'antigène chez les hippocampes. Alternativement, cependant, la grossesse masculine d'hippocampe peut également reposer sur une régulation alternative des cellules dendritiques via les gènes batf, il12 et ifng - qui sont présents dans tous les syngnathidés, car cd8a compense probablement la perte de son paralogue6. Par coïncidence, une étude précédente sur la transcriptomique unicellulaire des cellules immunitaires chez Syngnathus typhle a identifié un certain nombre de constituants de la voie liés au CMH I et de gènes liés aux cytotoxiques, ce qui soutient la présence du sous-ensemble de cellules T CD8 + chez le syngnathe49. Le nombre réduit de copies de C3 et la perte de gènes C4 chez les hippocampes suggèrent en outre une activation entravée du système du complément, ce qui peut réduire la reconnaissance et l'inflammation des allogreffes médiées par les anticorps. Dans le même ordre d'idées, nos données actuelles renforcent l'hypothèse selon laquelle la biologie immunitaire des syngnathidés pourrait évoluer de manière synchrone avec leur grossesse masculine unique16.

La responsabilité principale de la tolérance transitoire des cellules T spécifiques aux antigènes paternels pendant la grossesse a été attribuée aux cellules T régulatrices (Tregs), car celles-ci améliorent la tolérance immunitaire pendant la grossesse39. L'asplénie pourrait également être directement ou indirectement liée à la perte de foxp3, car les patients splénectomie présentent une diminution des cellules sanguines FOXP3+ Treg40, impliquant un lien potentiel entre la rate et l'abondance des cellules FOXP3+ Treg. De plus, les différences immunologiques dépendantes du sexe affectent les réponses immunitaires aux antigènes du soi et étrangers, et les nombres de Treg sont associés non seulement aux niveaux de stéroïdes sexuels mais aussi au sexe50. La perte de foxp3 indique que les hippocampes semblent avoir adopté une stratégie évolutive unique pour leur inversion inégalée des rôles sexuels en couvant et en nourrissant les soins paternels. En effet, en tant qu'organe conservé, la perte de la rate peut non seulement s'accompagner de l'évolution de la grossesse masculine, mais peut également entraîner des changements dans certains autres traits, tels que les changements observés de la réponse immunitaire (y compris les gènes perdus/contractés comme batf3, C4, C3, CD5 et foxp3). Par conséquent, notre spéculation selon laquelle l'évolution synchronisée de l'asplénie et de la grossesse masculine n'est peut-être pas accidentelle, mais qu'il existe plutôt un lien évolutif. De plus, comme démontré ici, cette réduction du répertoire immunitaire est partagée dans toute la famille des Syngnathidae et n'est pas unique aux hippocampes ; ainsi, d'autres analyses seront nécessaires pour évaluer la stratégie de réponse immunitaire chez les espèces présentant différents niveaux de complexité de grossesse à l'avenir.

Les hippocampes représentent une seule lignée au sein des Syngnathidae, une famille de plus de 350 espèces dont beaucoup présentent des formes moins dérivées de grossesse masculine - potentiellement confrontées à des défis immunitaires liés à la grossesse que les hippocampes ont apparemment surmontés. De plus, une grande partie de la diversité des syngnathidés reste encore inexplorée à ce jour et les variations de complexité morphologique et physiologique des organes immunitaires et de couvaison n'ont été décrites que superficiellement9. La redondance fonctionnelle du système immunitaire rend difficile la prédiction des conséquences que la perte de gènes pourrait avoir sur un organisme. Cependant, c'est aussi cette redondance qui offre l'opportunité évolutive aux organismes de bricoler les voies de régulation orchestrant une réponse immunitaire efficace tout en s'adaptant aux défis physiologiques, tels que la grossesse, entraînant une flexibilité génomique inattendue des systèmes immunitaires des vertébrés. Pour l'instant, notre compréhension des défis immunitaires complexes auxquels les syngnathidés sont confrontés à différents stades de la grossesse masculine est encore incomplète, notre étude met en lumière la base génétique d'une nouveauté immunologique adaptative majeure potentiellement associée à l'évolution de l'inversion des rôles sexuels et de la grossesse masculine chez les hippocampes. Compte tenu de l'ensemble de la phylogénie des syngnathidés, il existe encore une profonde divergence entre les lignées Hippocampus et Syngnathus23, et les informations sur le phénotype splénique et la séquence du gène tlx1 des lignées plus étroitement liées à Hippocampus, qui manquent dans notre étude, amélioreraient la résolution de l'ensemble de données et nous permettraient ainsi de formuler des conclusions mieux informées. Par conséquent, nous encourageons d'autres études comblant ces lacunes dans les connaissances génomiques.

Toutes les expériences sur les animaux ont été menées conformément aux directives et à l'approbation des comités respectifs de recherche et d'éthique sur les animaux de l'Institut d'océanologie de la mer de Chine méridionale, Académie chinoise des sciences.

Deux individus, un hippocampe japonais mâle adulte H. mohnikei et un hippocampe nain mâle adulte H. zosterae, ont été utilisés pour le séquençage du génome entier dans cette étude. H. mohnikei a été collecté sur les marchés locaux de Rizhao (Shandong, République populaire de Chine) en 2017. H. zosterae a été donné par des aquariums de Guangzhou aux collections de biodiversité marine de la mer de Chine méridionale, Académie chinoise des sciences en 2015 (tableau supplémentaire 1). L'ADN génomique a été extrait de chaque échantillon en utilisant un protocole standard de phénol-chloroforme.

Deux bibliothèques d'extrémités appariées avec une taille d'insert de 350 pb ont été construites pour les hippocampes à l'aide du système Illumina HiSeq 2500 (San Diego, États-Unis). Les lectures filtrées par qualité ont été utilisées pour l'estimation de la taille du génome via la méthode K-mer51. La taille du génome a ensuite été estimée comme suit : Taille du génome = Knum/Kdepth. Nous avons également calculé et tracé la distribution des profondeurs du 19-mer. De plus, un séquençage Nanopore a été réalisé pour H. mohnikei. En bref, des bibliothèques ont été construites et séquencées sur des FlowCells R9.4 à l'aide du séquenceur MinION (ONT, UK). Tout le séquençage a été réalisé par BioMarker Technologies Company (Beijing, Chine). Le séquençage PacBio a été réalisé pour H. zosterae. L'ADN génomique de l'échantillon a été cisaillé à une taille moyenne de 20 Kb à l'aide d'un appareil g-TUBE (Covaris, Woburn, MA, USA). L'ADN cisaillé a été purifié et réparé aux extrémités à l'aide d'enzymes de polissage, suivi d'une réaction de ligature des extrémités franches et d'un traitement à l'exonucléase pour créer une matrice SMRTbell selon le protocole de préparation de matrice PacBio 20 kb. Un appareil BluePippin (Sage Science, Beverly, États-Unis) a été utilisé pour sélectionner la taille du modèle SMRTbell et enrichir de grands fragments (> 10 Kbp). Le séquençage d'une seule molécule a ensuite été effectué sur une plate-forme PacBio Sequel pour générer des données à lecture longue.

Un échantillon de sang du mâle H. zosterae a également été utilisé pour le séquençage Hi-C par la plate-forme Illumina HiSeq 2500, en utilisant des lectures appariées de 150 pb. L'ADN a été isolé de l'échantillon et la chromatine fixée a été digérée avec l'enzyme de restriction DpnII pendant une nuit. Par la suite, l'ADN a été cisaillé par sonication à la taille moyenne de 350 pb. Les bibliothèques Hi-C ont été générées à l'aide d'enzymes NEBNext Ultra et d'adaptateurs compatibles Illumina. Des fragments contenant de la biotine ont été isolés à l'aide de billes de streptavidine. Toutes les bibliothèques ont été quantifiées par Qubit2.0 et la taille de l'insert a été vérifiée à l'aide d'un Agilent 2100. Les bibliothèques ont ensuite été quantifiées par qPCR. Les données Hi-C ont été mappées sur des contigs basés sur PacBio à l'aide de BWA (version 0.7.10-r789 ; méthode de mappage : aln). Des données cartographiées de manière unique ont été utilisées pour l'échafaudage au niveau des chromosomes. HiC-Pro (version 2.8.1)52 a été utilisé pour la suppression des doublons et les contrôles de qualité, et les lectures restantes étaient des paires d'interaction valides pour un assemblage ultérieur.

Les sous-lectures PacBio ont été corrigées et découpées à l'aide de Canu (version 1.5, disponible sur https://github.com/marbl/canu)53. wtdbg a généré un brouillon d'assembly avec la commande 'wtdbg -i pbreads.fasta -t 40 -H -k 21 -S 1.02 -e 3 -o wtdbg' en utilisant les lectures corrigées des erreurs de Canu. Une assemblée de consensus a été obtenue avec la commande 'wtdbg-cns -t 40 -i wtdbg.ctg.lay -o wtdbg.ctg.lay.fa -k 15'. Ensuite, les lectures appariées d'Illumina ont également été alignées pour l'assemblage par consensus à l'aide de BWA (version 0.7.10-r789 ; méthode de cartographie : MEM) et l'étape de polissage a été effectuée avec le logiciel Pilon (version 1.22), avec les paramètres suivants : --mindepth 10 --changes --threads 4 --fix bases. L'étape de polissage a été itérée deux fois. Les statistiques d'assemblage sont présentées dans le tableau supplémentaire 5. L'évaluation comparative des orthologues universels à copie unique (BUSCO) a montré que notre assemblage a capturé 93,46 % et 92,95 % des BUSCO complets de H. mohnikei et H. zosterae, respectivement.

En utilisant des contigs assemblés à partir des données PacBio, les données Hi-C ont été utilisées pour corriger les erreurs de jointure dans les contigs, ordonner et orienter les contigs. Le préassemblage a été effectué pour la correction des contigs en divisant les contigs en segments d'une longueur moyenne de 300 kb. Les segments ont ensuite été pré-assemblés avec des données Hi-C. Les points mal assemblés étaient définis et rompus lorsque les segments divisés ne pouvaient pas être placés à la position d'origine. Ensuite, les contigs corrigés ont été assemblés à l'aide de LACHESIS avec les paramètres CLUSTER_MIN_RE_SITES = 225, CLUSTER_MAX_LINK_DENSITY = 2, ORDER_MIN_N_RES_IN_TRUN = 105 et ORDER_MIN_N_RES_IN_SHREDS = 105 avec des paires valides Hi-C. Les écarts entre les contigs ordonnés ont été remplis avec 100 'N's. Les matrices d'interaction de séquence sont présentées dans la Fig. 2 supplémentaire et les résultats de l'analyse statistique des assemblages de chromosomes sont résumés dans le tableau supplémentaire 6.

L'identification de novo des répétitions et des éléments transposables a été effectuée à l'aide du PILER-DF54 et du RepeatScout55 sous les paramètres par défaut. RepeatMasker et RepeatProteinMask (version 3.3.0) ont été utilisés pour identifier les éléments transposables (TE) sur la base de recherches d'homologie par rapport à la bibliothèque Repbase (version 16.03) à l'aide des paramètres "-nolow -no_is -norna -parallel 1" et "-noLowSimple –pvalue 1e-4". La prédiction ab initio des gènes a été réalisée à l'aide de trois programmes, à savoir Augustus56, GlimmerHMM57 et SNAP58. Le programme GeMoMa59 a été exécuté pour une prédiction basée sur l'homologie en alignant le génome assemblé sur O. latipes, S. salar, H. comes et H. erectus. Ensuite, les données du transcriptome de H. erectus de nos travaux précédents16 ont été téléchargées et cartographiées sur le génome, et la prédiction des gènes a été réalisée par TransDecoder (http://transdecoder.github.io) et GeneMarkS-T. PASA60 a été utilisé pour prédire les séquences Unigene sans assemblage de référence sur la base des données du transcriptome. Nous avons ensuite combiné les résultats de ces trois méthodes avec EvidenceModeler61. Les fonctions des gènes ont ensuite été annotées en recherchant dans des bases de données accessibles au public, notamment les bases de données NR, KOG, KEGG, GO et TrEMBL.

Les ensembles de données sur les protéines ont été obtenus à partir de la version Ensembl-FTP-96 [T. rubripes, G. aculeatus, O. latipes, O. niloticus, P. magnuspinnatus, D. rerio, X. maculatus et L. oculatus] ou d'autres sources [G. morhua62, H. comes16, H erectus17, H. zosterae et H. mohnikei (présente étude)]. Des orthologues un à un ont été identifiés à l'aide d'OrthoFinder version 2.2.7 avec les paramètres par défaut des 13 espèces de poissons à nageoires rayonnées. Les séquences de protéines pour ces orthologues un à un ont ensuite été extraites dans leurs orthogroupes respectifs à l'aide d'un script Perl interne. Des alignements multiples ont été générés pour chacun des orthogroupes à l'aide de MAFFT (version 7.475). Les alignements de protéines individuelles ont été concaténés à l'aide d'un script Perl interne. Un alignement concaténé découpé a été généré à l'aide de Gblocks 0.91b avec les "positions d'écart autorisées" définies sur "Avec moitié". ModelFinder63 a été utilisé pour déduire le modèle de substitution le mieux adapté pour l'alignement ajusté (modèle JTT + F + I + G4). Pour l'analyse du maximum de vraisemblance, nous avons utilisé le meilleur modèle de substitution d'ajustement tel que déduit par ModelFinder et 1000 répliques en utilisant l'approche d'approximation bootstrap ultrarapide64 telle qu'implémentée dans IQ-TREE version 1.6.10.

L'expansion et la contraction des familles de gènes ont été calculées par le programme CAFÉ (v 3.1) sur la base du modèle de naissance et de mort65. Les paramètres "-p 0,01, -r 10000, -s" ont été définis pour rechercher le paramètre de naissance et de mort (λ) des gènes sur la base d'une procédure de rééchantillonnage de Monte Carlo, et les paramètres de naissance et de mort dans les familles de gènes avec une valeur P ≤ 0,01 ont été rapportés. Les familles de gènes sans homologie dans la base de données SWISS-PROT ont été filtrées afin de réduire les expansions ou contractions potentielles de faux positifs causées par la prédiction des gènes. Les termes Go et KEGG de toutes les protéines utilisées dans l'analyse comparative ont été annotés avec du lait de poule 5.066. La famille de gènes avec plus de 90% de ses membres partageant les mêmes annotations a été considérée comme la seule famille fonctionnelle et sa pondération a été fixée à 1. Pour les familles de gènes contenant des séquences ayant plusieurs annotations fonctionnelles, différentes valeurs de pondération ont été attribuées à chaque annotations fonctionnelles selon le rapport des temps annotés de chaque terme au total des temps annotés de tous les membres. La valeur de pondération totale était de 1 pour chaque famille.

Lorsqu'un gène n'a pas d'homologues au sein du clade des hippocampes, mais que les homologues de ce gène sont présents dans la lignée sœur la plus proche du clade des hippocampes, nous considérons que le gène a été perdu chez les hippocampes67. Des gènes orthologues un à un ont été extraits de chaque espèce et des alignements de séquences multiples ont été générés en conséquence. L'analyse de la perte de gènes a été réalisée à l'aide d'un script interne dans R.

Nous avons testé les PSG dans les lignées d'hippocampes par rapport à toutes les autres espèces de fond. Des gènes orthologues ont été extraits de la même espèce sélectionnée pour l'analyse de l'expansion/contraction de la famille de gènes. Des alignements de séquences multiples ont été générés à l'aide du logiciel MUSCLE (v3.8.31). Des analyses de sélection positive ont été menées avec le modèle de site de succursale en utilisant PAML68. Nous avons comparé le modèle A (permet aux sites d'être sous sélection positive ; fix_omega = 0) avec le modèle nul A1 (les sites peuvent évoluer de manière neutre ou sous sélection purificatrice ; fix_omega = 1 et omega = 1) via le test du rapport de vraisemblance en utilisant le programme Codeml dans PAML. La significativité des rapports de vraisemblance comparés a été évaluée par les tests χ2 de PAML. Ensuite, la fonction p.adjust intégrée au langage R a été utilisée pour ajuster la valeur P en utilisant toutes les valeurs p d'origine. Seuls les gènes avec une valeur P corrigée par FDR inférieure à 0,05 ont été considérés comme sélectionnés positivement.

Les mêmes gènes orthologues et topologie arborescente que ceux des PSG ont été utilisés dans l'analyse. Le modèle de branche dans PAML a été utilisé, avec le modèle de rapport libre (modèle = 1) permettant à la valeur de varier sur chaque branche. Les valeurs dN de tous les nœuds et pointes de chaque arbre ont été testées à l'aide de la fonction t.test dans la programmation R, puis les valeurs p ont été ajustées à l'aide de FDR. Les gènes avec une valeur P corrigée par FDR inférieure à 0, 05 et le dN de la lignée hippocampe supérieur à celui de la lignée sœur de l'hippocampe ont été considérés comme ayant évolué rapidement sur la lignée hippocampe. Des analyses d'enrichissement GO et KEGG des REG ont ensuite été effectuées.

Pour identifier les LSG chez les hippocampes, les mêmes gènes orthologues et la même topologie arborescente produits à partir des analyses des PSG ont été utilisés. Seul l'état ancestral de l'espèce d'hippocampe était différent de celui de toutes les autres espèces de fond. Les gènes ont été reconnus comme les véritables LSG. Pour garantir la fiabilité des résultats, seuls les acides aminés ancestraux avec des probabilités postérieures ≥ 0,95 ont été utilisés pour déterminer la mutation spécifique à la lignée. De plus, nous avons écarté les sites mutés spécifiques à la lignée dans les fragments mal alignés : nous avons calculé les similarités de séquence par paires de 10 acides aminés centrant chaque site muté spécifique à la lignée. Si la similarité moyenne était inférieure à 0,7 ou si la plus faible était inférieure à 0,35, ce fragment était défini comme un fragment mal aligné69. Des analyses d'enrichissement GO et KEGG des LSG ont ensuite été effectuées.

Les gènes synténiques d'autres espèces (mouche des fruits, amphioxus, humain et poisson zèbre) ont été acquis à l'aide du navigateur de génomes Ensembl de Genomicus (https://www.genomicus.biologie.ens.fr/genomicus-100.01). La sortie a été triée par contig génomique/échafaudage/liaison, puis par position de départ dans chacun de ces gènes. Ensuite, une analyse phylogénétique basée sur les séquences d'acides aminés Tlx1, Tlx2 et Tlx3 a été réalisée chez les vertébrés, y compris l'hippocampe rayé. Un total de 41 espèces de cyclostomes, de poissons (26 espèces de 16 ordres), d'amphibiens, de reptiles et de mammifères ont été inclus. Les séquences de protéines ont été alignées à l'aide de MAFFT (version 7.475) avec des ajustements manuels mineurs. Un arbre de maximum de vraisemblance a été généré avec IQtree v.2. La prise en charge du boot-strap a été établie sur 1000 itérations pour le bootstrapping ultra-rapide et le test de rapport de vraisemblance approximatif de type SH. L'arbre de consensus a été visualisé par le logiciel FigTree (version 1.4.4).

Ensuite, les séquences d'acides aminés Tlx1 de vertébrés représentatifs ont été comparées à l'aide de Clustal W 2.1. Les numéros d'accès GenBank de ces gènes sont répertoriés dans le tableau supplémentaire 16. Les résultats ont montré que les séquences d'acides aminés de l'homéobox étaient complètement identiques chez tous les vertébrés, à l'exception de la mutation spécifique à l'hippocampe dans laquelle la thréonine hydrophile (T) a remplacé l'alanine hydrophobe (A) exclusivement dans la lignée des hippocampes (Fig. 10a supplémentaire). Ensuite, nous avons étendu manuellement la portée de la comparaison à une sélection de taxons plus large, y compris les mammifères, les oiseaux, les reptiles, les amphibiens et les poissons. Un total de 38 vertébrés contenant 23 espèces de poissons de 15 ordres ont été inclus, et nous avons confirmé que parmi ces espèces, seuls les hippocampes portaient la mutation spécifique à la lignée (Fig. 11a supplémentaire).

Une analyse PCR plus poussée a été effectuée en utilisant un total de 18 espèces d'hippocampes pour valider cette mutation spécifique à la lignée. L'ADN génomique a été extrait de 18 espèces d'hippocampes, à savoir H. abdominalis, H. algiricus, H. barbouri, H. camelopardalis, H. capensis, H. comes, H. erectus, H. fuscus, H. hippocampus, H. histrix, H. ingens, H. jayakari, H. kelloggi, H. kuda, H. mohnikei, H. reidi, H. spinosissimus et H. z osterae. Les amorces (F : 5′-TCTCACCGCTCACTGTAAC-3′ ; R : 5′-GGTCATTTTGAGGGGCTTT-3′) ont été conçues pour amplifier le deuxième exon de tlx1 chez ces hippocampes. La procédure de PCR a été réalisée en utilisant des conditions de PCR standard. Les produits de PCR ont été déposés sur un gel d'agarose à 1,5 % et soumis à une électrophorèse à 130 V pendant 25 min. Les résultats ont été photographiés sous une lumière UV. Nous avons également étudié le locus de mutation par comparaison avec les génomes de tous les autres membres disponibles de la sous-famille des Syngnathinae, notamment S. acus, S. typhle, S. scovelli, S. biaculeatus, P. taeniolatus, O. manadensis et Nerophis ophidion.

Pour clarifier le phénotype splénique des Syngnathidae, nous avons détecté les échantillons les plus disponibles (dont H. abdominalis, H. erectus, S. typhle, S. biaculeatus et Nerophis ophidion). Brièvement, après euthanasie avec 300 ng/ml de MS-222 (Sigma-Aldrich, USA), les individus ont été disséqués et imagés par une caméra MVX10 (Olympus, Japon) ou Olympus SZX2 Stereo Microscopes (Olympus, Japon). De plus, le scanner Micro CT du S. biaculeatus a été réalisé sur le Nemo Micro-CT (NMC-200) de PINGSENG Healthcare Inc, une technologie d'imagerie haute résolution basée sur le principe du faisceau conique CT. Tout d'abord, les échantillons ont été trempés dans l'agent de contraste pendant 12 jours, puis ont été placés verticalement dans la chambre d'échantillon, dont la tension et le courant du tube de balayage ont été réglés à 90 kV et 90 uA, respectivement. Pendant le processus de balayage, le détecteur et l'ampoule ont tourné à 360° autour de l'axe central de la chambre d'échantillon et ont effectué 10 000 projections dans la zone de balayage, qui ont duré 1 000 s. Après avoir capturé des images par le détecteur, il a été reconstruit à l'envers en utilisant la méthode FDK sur le logiciel Avatar (version 1.7.2, PINGSENG Healthcare Inc.), avec une taille de pixel de 10 um × 10 um × 16 um. Des analyses histologiques des rates de S. biaculeatus ont été réalisées, puis les profils transcriptomiques des rates de S. biaculeatus et du petit organe blanc de H. erectus ont également été échantillonnés et séquencés (Données supplémentaires 9).

Les poissons zèbres de la souche *AB (D. rerio) ont été maintenus sous un cycle de lumière de 14 h (8 h 00 à 22 h 00)/obscurité de 10 h (22 h 00 à 8 h 00) à 26–28 ° C pour induire le frai. La mutagenèse médiée par CRISPR/Cas9 a été utilisée pour générer des indels chez le poisson zèbre tlx1 (ENSDARG00000003965 ; http://ensembl.org) en utilisant des sites identifiés par ZiFiT Targeter (http://zifit.partners.org/ZiFiT/). Une mutagenèse ciblant deux régions de l'exon 1 de tlx1, GGACCTGGACTACGGTTT (site 1) et GGTCCTACAACATGAACTT (site 2), a été induite. Des ARNg purifiés (~ 80 pg) ont été co-injectés avec de l'ARNm Cas9 (~ 400 pg) dans des embryons de poisson zèbre (poisson F0) au stade d'une cellule. Deux jours après l'injection, 8 à 10 embryons ont été prélevés pour l'extraction de l'ADN génomique afin de vérifier si le fragment génomique ciblé était muté. Les régions génomiques cibles ont été amplifiées par PCR et sous-clonées dans le vecteur pTZ57R/T. Les fondateurs adultes ont été croisés avec des poissons de type sauvage pour obtenir des poissons F1, qui ont ensuite été génotypés et croisés avec des poissons de type sauvage pour donner des poissons F2. Ensuite, des individus F2 hétérozygotes ont été croisés pour produire des poissons F3 homozygotes. Enfin, nous avons généré deux lignées de poisson zèbre knock-out tlx1. Deux allèles non-sens tlx1 avec une délétion de 122 pb tlx1▲ (-122) et une délétion de 5 pb tlx1▲ (-5) dans le premier exon ont été générés (les pointes de flèches rouges et la séquence à dos jaune), ce qui a provoqué des mutations par décalage de cadre aux positions 43 et 47 AA, respectivement (la séquence à dos rouge), ainsi qu'un événement de terminaison prématurée de la transcription aux positions 47 et 58 AA ( la séquence à dos vert) (Données supplémentaires 10).

La recombinaison homologue (RH) médiée par CRISPR/Cas9 a été utilisée pour générer des mutations ponctuelles chez le poisson zèbre tlx1. Nous avons également utilisé des sites identifiés par ZiFiT Targeter (http://zifit.partners.org/ZiFiT/) pour concevoir des cibles CRISPR/Cas9 à proximité des sites de mutation ponctuelle. Les sites conçus ciblaient deux régions dans l'exon 2 de tlx1, GGCGCGTGAACGACGTCCG (site 3) et GGAGGGTTCGGTTCTGGTA (site 4). Les plasmides donneurs HR ont été construits à l'aide du kit de clonage Hieff Clone Plus Multi One Step (YEASEN, Chine). Le donneur G622A HR a été construit en ligaturant quatre fragments (un bras gauche, un bras moyen, un marqueur sélectif et un bras droit) avec le vecteur pHRHG (XinJia, Chine). Les fragments du bras gauche (1081 bps), du bras moyen (923 bp) et du bras droit (950 bp) ont été amplifiés à partir de l'ADN génomique du poisson zèbre AB / WT en utilisant l'ADN polymérase PrimeSTAR HS (Takara, Japon). La mutation ponctuelle (G622A) dans le bras moyen a été introduite à l'aide du Fast Mutagenesis System (Transgen, Chine). Pour éviter que le donneur HR ne soit excisé par le système CRISPR/Cas9, les mutations silencieuses des deux sites cibles CRISPR/Cas9 dans le bras moyen ont également été introduites à l'aide du Fast Mutagenesis System (Transgen). Le marqueur sélectif a été amplifié à partir d'un plasmide transgénique spécifique au cœur comprenant le promoteur myl7, DsRed et le signal polyA SV40. De plus, des sites frt ont été ajoutés des deux côtés du marqueur sélectif, qui pourraient être éliminés par excision par la recombinase Flp. Le donneur G619A HR a été construit de manière similaire.

Le plasmide donneur G622A a été purifié avant microinjection par le Gel Extraction Kit (Qiagen). La protéine zCas9, les ARNsg et le plasmide donneur (15 pg) ont été co-injectés dans des embryons de poisson zèbre au stade unicellulaire. Des poissons zèbres F0 adultes ont été croisés avec des poissons de type sauvage pour cribler les fondateurs avec une expression sélective des marqueurs et un génotypage correct. Les fondateurs ont ensuite été croisés avec des poissons de type sauvage pour donner des poissons F2, dans lesquels le marqueur sélectif a été excisé par injection d'ARNm flp (50 pg) au stade d'une cellule. Par la suite, des individus F2 hétérozygotes sans marqueur sélectif ont été croisés pour produire des poissons F3 homozygotes. Et la ligne G619A a également été obtenue similaire à la ligne G622A. Les amorces ont été répertoriées dans les données supplémentaires 10.

Les poissons zèbres ont été euthanasiés avec 200 ng/ml de MS-222 (Sigma-Aldrich, USA) et génotypés par coupure de la nageoire caudale. L'ADN génomique a été extrait des tissus des nageoires. Les génotypes des trois lignées de mutation (tlx1▲, tlx1A208T et tlx1A207T) ont été déterminés en utilisant des conditions de PCR standard, puis séquencés par séquençage Sanger (Sangon Biotech Co., Ltd, Chine). Les amorces étaient les suivantes : tlx1▲, F : 5′-ATCGTCTGTAGTTCCGTCTTTC-3', R : 5′-ACCGCTTTAACCGCTGAGA-3′ ; tlx1A208T et tlx1A207T, F : 5′-ATTTGCCTTCCACTGCTTGG-3′, R : 5′-CCAGCTGACCTCACGGTTTAT-3′.

Des montures entières d'organes abdominaux ont été soigneusement retirées conformément à une étude précédente de Xie et al.24. En bref, après l'euthanasie avec 200 ng / ml de MS-222 (Sigma-Aldrich, États-Unis), les organes abdominaux entiers ont été soigneusement retirés des poissons zèbres de type sauvage (23 poissons) ainsi que des mutants tlx1▲ (11 poissons), tlx1A208T (27 poissons) et tlx1A207T (17 poissons) (Fig. 3). Les organes ont ensuite été fixés dans du PFA à 4% pendant 5 min. Tous les poissons zèbres vérifiés ont été échantillonnés au hasard et en aveugle en ce qui concerne le statut mutant. Des images représentatives ont été obtenues à l'aide d'un appareil photo MVX10 (Olympus, Japon) (Fig. 3 et Fig. 16 à 18 supplémentaires).

Des embryons d'hippocampes doublés à différents stades de développement (stade précoce (S1), ~ 6 jours après la fécondation, dpf; stade intermédiaire (S2), ~ 12 dpf; stade tardif (S3), ~ 18 dpf) ont été échantillonnés et fixés dans 4% de paraformaldéhyde (PFA) / solution saline tamponnée au phosphate (PBS) pendant une nuit à 4 ° C, conformément aux méthodes de Leerberg et al.70. Des amorces ont été conçues pour l'hybridation du gène tlx1 chez l'hippocampe ligné (F : 5′-GATCACATGGGACTAGCGGCAC -3′ ; R : 5′- GGCGTAATACGACTCACTATAGGGGTGTTACAGTGAGCGGTGAGAGAG-3′). Les sondes antisens d'ARN ont ensuite été obtenues par transcription in vitro à l'aide du kit de marquage d'ARN DIG (SP6/T7) (Roche, Mannheim, Allemagne). Pendant l'hybridation, les embryons d'hippocampe ont été digérés avec une solution de protéinase K à 10 µg/ml pendant un temps approprié, puis fixés à nouveau dans du PFA à 4 % pendant 20 min. Ensuite, les embryons ont été préincubés dans une solution de blocage d'anticorps pendant 1 h à 20 ° C avec du PBSTw, puis incubés pendant 2 h à 20 ° C dans une dilution au 1/3000 de Fab anti-DIG-AP. Les échantillons ont été lavés deux fois pendant 5 min chacun dans du PBSTw et développés dans une solution de coloration (30 µl de stock NBT/BCIP dans 10 ml de tampon de coloration) à 4 °C. La réaction a été terminée par lavage avec 50 % et 100 % de méthanol pendant 5 min chacun. Les embryons ont ensuite été fixés avec du PFA à 4 % pendant une nuit dans l'obscurité, montés dans du glycérol à 100 % et imagés sous un stéréomicroscope Olympus SZX2 (Olympus, Japon).

Analyse du transcriptome du cerveau et de trois organes liés au système immunitaire (le foie, les reins et l'intestin) du poisson zèbre. Des bibliothèques de séquençage d'ARN de ces tissus (chaque tissu comprenant quatre répliques biologiques) des poissons zèbres de type sauvage, tlx1▲ et tlx1A208T ont été construites, puis séquencées sur une cellule à flux à l'aide d'une plate-forme Illumina HiSeq™ 2500 (tableau supplémentaire 17). Les données brutes (lectures brutes) du format FASTQ de ces quatre tissus ont d'abord été traitées à l'aide de scripts Perl internes. Les lectures propres ont été cartographiées sur l'assemblage du génome du poisson zèbre (GRCz11) à l'aide du programme TopHat2. Les niveaux d'expression génique ont été estimés avec des fragments par kilo-base d'exon par million de fragments (valeurs FPKM) à l'aide du programme Cufflinks. Les gènes d'expression différentielle (DEG) ont été vérifiés à l'aide de DEGSeq2 et identifiés sur la base des valeurs p corrigées (valeur Q) et des taux de fausse découverte. Comparaisons par paires sur 12 combinaisons (cerveau : tlx1▲ contre WT, tlx1A208T contre WT, tlx1▲ contre tlx1A208T ; rein : tlx1▲ contre WT, tlx1A208T contre WT, tlx1▲ contre tlx1A208T ; foie : tlx1 ▲ vs WT, tlx1A208T vs WT, tlx1▲ vs tlx1A208T ; intestin : tlx1▲ vs WT, tlx1A208T vs WT, tlx1▲ vs tlx1A208T) Seuls les gènes avec une valeur absolue de log2 (changement de facteur) ≥ 1 et un score de signification du taux de fausse découverte < 0, 05 ont été utilisés pour une analyse ultérieure. L'enrichissement GO dans quatre combinaisons de tissus de tlx1▲ vs tlx1A208T a été effectué à l'aide du package GOseq R, et un P corrigé <0, 05 a indiqué un enrichissement significatif.

Nous avons scanné les génomes à la recherche d'un sous-ensemble de gènes liés au système immunitaire qui pourraient être impliqués dans la grossesse de quatre espèces d'hippocampes, ainsi que de six autres espèces de Syngnathidae, notamment des syngnathes plus grands, des syngnathes à nez large, des syngnathes du golfe, des syngnathes alligator, des dragons des mers et des syngnathes de Manado. Les séquences de protéines de requête de ces gènes ont été obtenues à partir de Ensembl Genome Browser 104 ou NCBI avec des représentants de Homo sapiens, T. rubripes, O. latipes et G. aculeatus. Tout d'abord, les génomes des 10 espèces de Syngnathidae ont été comparés à ceux d'autres vertébrés à l'aide de la recherche la plus efficace dans TBLASTN v2.9.0 pour trouver des lectures correspondantes dans nos ensembles de données génomiques. Les paramètres BLAST ont été définis sur un seuil d'attente de 1E - 5, autorisant un nombre maximum de 1 000 séquences renvoyées. De plus, tous les gènes liés au système immunitaire ci-dessus ont été prédits à l'aide de l'outil de prédiction de gènes basé sur l'homologie GeMoMa v1.7.159,71, avec quatre espèces comme organismes de référence. Les espèces sélectionnées étaient le poisson zèbre, le médaka, le fugu et l'épinoche. Les introns des lectures ARN-seq cartographiées ont été extraits et filtrés par les modules GeMoMa ERE et DenoiseIntrons. Ensuite, nous avons exécuté indépendamment le pipeline du module GeMoMa pour chaque espèce de référence en utilisant MMseqs272 comme outils d'alignement, sur les données ARN-seq cartographiées. Enfin, les onze résultats d'annotation individuels ont été combinés dans une annotation finale en utilisant les modules GeMoMa GAF et AnnotationFinalizer73. De plus, pour les gènes de chaîne lourde d'immunoglobuline (ighvs), le génome de l'hippocampe à queue de tigre a été entièrement prédit dans Ensembl. En prenant la séquence de l'hippocampe à queue de tigre comme référence, nous avons utilisé Exonerate (version 2.2.0) pour effectuer une prédiction génique basée sur l'homologie pour d'autres ensembles de données génomiques avec les paramètres par défaut. Des analyses phylogénétiques des gènes identifiés chez les hippocampes et d'autres vertébrés représentatifs ont été menées à l'aide des séquences d'acides aminés. Les numéros d'accès GenBank de ces familles de gènes utilisés pour l'analyse phylogénétique sont répertoriés dans les données supplémentaires 13.

Sept non-Syngnathiformes L. oculatus, D. rerio, T. rubripes, G. aculeatus, O. niloticus, O. latipes, X. maculatus et treize Syngnathiformes dont H. comes, H. erectus, H. zosterae, H. mohnikei, S. acus, S. typhle, S. scovelli, P. taeniolatus, S. biaculeatus, O, manadensis, N. ophidion, F. commersonii et A. strigatus ont été utilisés pour effectuer l'analyse de reconstruction des caractères basée sur une étude précédente7. En bref, la reconstruction phylogénétique de ces espèces a été menée avec les méthodes de la section analyse phylogénétique avec des modifications mineures. Les données empiriques disponibles sur quatre caractères, y compris le remplacement des acides aminés dans tlx1, le développement de la poche incubatrice, la présence de la rate et la simplification des gènes immunitaires pour chaque espèce incluse dans les analyses phylogénétiques, ont été cartographiées sur notre phylogénie moléculaire dans Mesquite Ver.3.70 (http://www.mesquiteproject.org/).

Des hippocampes mâles adultes non gravides (n = 4) et gravides (n = 4) prélevés dans une pisciculture (Zhangzhou, Fujian, Chine) ont été anesthésiés avec du MS222 avant l'échantillonnage des poches de couvain. Après la séparation des embryons, la poche à couvain a été lavée avec du PBS pour éliminer la contamination embryonnaire et l'ARN total a été extrait à l'aide du réactif TRIzol conformément aux instructions du fabricant. 1 µg d'ARN total de l'échantillon de poche à couvain a été utilisé pour synthétiser l'ADNc du premier brin à l'aide du Master Mix ReverAce qPCR RT avec gDNA Remover (Toyobo, Osaka, Japon). Des réactions « sans RT » ont été utilisées comme témoins négatifs. Les niveaux d'ARNm des gènes impliqués dans la grossesse, notamment C3.2, cd8a, cd79a, gata3, il12a, il12b, T-bet et tgfb1, ont été déterminés par qRT-PCR (Fig. 27 supplémentaire). Les amorces utilisées dans cette étude sont répertoriées dans le tableau supplémentaire 18. La qRT-PCR a été réalisée sur un système de PCR en temps réel Roche Light-Cycler 480 (Roche, Mannheim, Allemagne), en utilisant le kit SYBR Green I (Toyobo, Japon) conformément aux instructions du fabricant. La β-actine a été utilisée comme contrôle interne.

L'analyse statistique a été réalisée à l'aide de GraphPad Prism 7.0 (GraphPad Software, San Diego, CA, USA). Toutes les données sont présentées sous forme de moyenne ± erreur standard de la moyenne (SEM). Les différences statistiques ont été estimées via le test t de Student non apparié et le seuil de signification a été fixé à 0,05.

De plus amples informations sur la conception de la recherche sont disponibles dans le résumé des rapports sur le portefeuille Nature lié à cet article.

Les lectures brutes du génome entier et les assemblages de H. zosterae et H. mohnikei ont été déposés dans la base de données NCBI sous le code d'accession PRJNA797939. Les lectures brutes de l'ARN-seq (y compris Danio rerio, S. biaculeatus et H. erectus) ont été déposées dans la base de données NCBI sous le code d'accession PRJNA799842. Les accessions pour les génomes précédemment publiés utilisés dans cette étude ont été données dans les données supplémentaires 15. De plus, les données sur le phénotype et l'histologie de la rate sont disponibles sur Figshare (https://figshare.com/projects/Immunogenetic_losses_co-occurred_with_seahorse_male_pregnancy_and_mutation_in_tlx1_accompanied_functional_asplenia/153495). Les données sources sont fournies avec ce document.

Les scripts personnalisés utilisés pour l'analyse des données de séquençage sont disponibles sur Figshare (https://figshare.com/projects/Immunogenetic_losses_co-occurred_with_seahorse_male_pregnancy_and_mutation_in_tlx1_accompanied_functional_asplenia/153495).

Kaufman, J. Évolution et immunité. Immunologie 130, 459–462 (2010).

Article CAS Google Scholar

Boehm, T. Evolution de l'immunité des vertébrés. Courant. Biol. 22, 722–732 (2012).

Article Google Scholar

Schluter, SF, Bernstein, RM, Bernstein, H. & Marchalonis, JJ "Big Bang" émergence du système immunitaire combinatoire. Dév. Comp. Immunol. 23, 107-111 (1999).

CAS Google Scholar

Flajnik, MF & Kasahara, M. Origine et évolution du système immunitaire adaptatif : événements génétiques et pressions sélectives. Nat. Révérend Genet. 11, 47–59 (2010).

Article CAS Google Scholar

Matsunaga, T. & Rahman, A. Qu'est-ce qui a apporté le système immunitaire adaptatif aux vertébrés ? - L'hypothèse de la mâchoire et l'hippocampe. Immunol. Rév. 166, 177–186 (1998).

Article CAS Google Scholar

Roth, O. et al. Évolution de la grossesse masculine associée au remodelage de l'immunité canonique des vertébrés chez les hippocampes et les syngnathes. Proc. Natl Acad. Sci. États-Unis 117, 9431–9439 (2020).

Article ADS CAS Google Scholar

Wilson, AB, Ahnesjo, I., Vincent, AC & Meyer, A. La dynamique de la couvaison des mâles, des schémas d'accouplement et des rôles sexuels chez les syngnathes et les hippocampes (famille des Syngnathidae). Évolution 57, 1374-1386 (2003).

Google Scholar

Whittington, CM & Friesen, CR L'évolution et la physiologie de la grossesse masculine chez les poissons syngnathidés. Biol. Rév. Camb. Philos. Soc. 95, 1252-1272 (2020).

Article Google Scholar

Wilson, AB, Vincent, A., Ahnesjo, I. & Meyer, A. Grossesse masculine chez les hippocampes et les syngnathes (famille des Syngnathidae): diversification rapide de la morphologie de la poche incubatrice paternelle déduite d'une phylogénie moléculaire. J. Héréd. 92, 159–166 (2001).

Article CAS Google Scholar

Skalkos, ZG, Van, U. & Whittington, M. Approvisionnement paternel en nutriments pendant la grossesse masculine chez l'hippocampe Hippocampus abdominalis. J. Comp. Physiol. B 190, 547-556 (2020).

Article CAS Google Scholar

Dudley, S. et al. Les changements structurels de la poche incubatrice des hippocampes mâles gravides (Hippocampus abdominalis) facilitent les échanges entre le père et les embryons. Placenta 114, 115-123 (2021).

Article CAS Google Scholar

Stölting, KN & Wilson, AB Grossesse masculine chez les hippocampes et les syngnathes : au-delà du modèle mammifère. BioEssays 29, 884–896 (2007).

Article Google Scholar

Bainbridge, DR L'évolution de la grossesse. Premier Hum. Dév. 90, 741–745 (2014).

Article Google Scholar

Reznick, DN, Mateos, M. & Springer, MS Origines indépendantes et évolution rapide du placenta dans le genre de poisson Poeciliopsis. Sciences 298, 1018-1020 (2002).

Article ADS CAS Google Scholar

Fernandez, N. et al. Une revue critique du rôle du complexe majeur d'histocompatibilité dans la fécondation, le développement préimplantatoire et les interactions fœto-maternelles. Hum. Repr. Mise à jour 5, 234–248 (1999).

Article CAS Google Scholar

Lin, Q. et al. Le génome de l'hippocampe et l'évolution de sa morphologie spécialisée. Nature 540, 395–399 (2016).

Article ADS CAS Google Scholar

Li, CY et al. Les séquences du génome révèlent des voies de dispersion mondiales et suggèrent des adaptations génétiques convergentes dans l'évolution des hippocampes. Nat. Commun. 12, 1094 (2021).

Article ADS CAS Google Scholar

Koss, M. et al. Asplénie congénitale chez les souris et les humains avec des mutations dans un module Pbx/Nkx2-5/p15. Dév. Cellule 22, 913–926 (2012).

Article CAS Google Scholar

Roberts, CW, Shutter, JR & Korsmeyer, SJ Hox11 contrôle la genèse de la rate. Nature 368, 747-749 (1994).

Article ADS CAS Google Scholar

Tribioli, C. & Lufkin, T. Le gène murin Bapx1 homeobox joue un rôle essentiel dans le développement embryonnaire du squelette axial et de la rate. Développement 126, 5699–5711 (1999).

Article CAS Google Scholar

Langenau, DM et al. Clonage moléculaire et expression développementale des gènes Tlx (Hox11) chez le poisson zèbre (Danio rerio). Méca. Dév. 117, 243–248 (2002).

Article CAS Google Scholar

Hamilton, H. et al. Phylogénie moléculaire et schémas de diversification chez les poissons syngnathidés. Mol. Phylogenet Evol. 107, 388–403 (2017).

Article Google Scholar

Stiller, J. et al. L'analyse phylogénomique des Syngnathidae révèle de nouvelles relations, des origines de diversité endémique et des taux de diversification variables. BMC Biol. 20, 75 (2022).

Article Google Scholar

Xie, L. et al. L'asplénie congénitale due à une mutation tlx1 réduit la résistance à l'infection par Aeromonas hydrophila chez le poisson zèbre. Poisson. Immunité aux coquillages. 95, 538-545 (2019).

Article CAS Google Scholar

Logan, C., Wingate, RJ, McKay, IJ & Lumsden, A. Expression des gènes homéobox Tlx-1 et Tlx-3 dans les ganglions sensoriels crâniens et le cerveau postérieur de l'embryon de poulet : marqueurs de la connectivité à motifs. J. Neurosci. 18, 5389–5402 (1998).

Article CAS Google Scholar

Berger, J., Dorninger, F., Forss-Petter, S. & Kunze, M. Peroxisomes dans le développement et la fonction cérébrale. Biochim Biophys. Acta 1863, 934–955 (2016).

Article CAS Google Scholar

Lee, KH, Cha, M. & Lee, BH Effet neuroprotecteur des antioxydants dans le cerveau. Int. J. Mol. Sci. 21, 7152 (2020).

Wei, R. et al. Cellules dendritiques pendant la grossesse et les maladies associées à la grossesse. Biomédical. Pharmacologue. 133, 110921 (2021).

Article CAS Google Scholar

Tilburgs, T. & Strominger, JL Cellules T effectrices CD8+ à l'interface fœto-maternelle, équilibrant la tolérance fœtale et l'immunité antivirale. Suis. J. Reprod. Immunol. 69, 395–407 (2013).

Article CAS Google Scholar

Yang, X., Zhang, C., Chen, G., Sun, C. & Li, J. Anticorps : les principaux participants à l'interaction mère-fœtus. J. Obstet. Gynécol. Rés. 45, 39-46 (2019).

Article Google Scholar

Girardi, G., Lingo, JJ, Fleming, SD & Regal, JF Rôle essentiel du complément pendant la grossesse : de l'implantation à la parturition et au-delà. Immunol avant. 11, 1681 (2020).

Article CAS Google Scholar

Lu, L., Barbi, J. & Pan, F. La régulation de la tolérance immunitaire par FOXP3. Nat. Rév. Immunol. 17, 703–717 (2017).

Article CAS Google Scholar

Tussiwand, R. et al. Développement compensatoire des cellules dendritiques médié par les interactions BATF-IRF. Nature 490, 502–507 (2012).

Article ADS CAS Google Scholar

Les cellules Haas, KM, Poe, JC, Steeber, DA & Tedder, TF B-1a et b-1b présentent des exigences de développement distinctes et ont des rôles fonctionnels uniques dans l'immunité innée et adaptative à S-pneumoniae. Immunité 23, 7–18 (2005).

Article CAS Google Scholar

O'Neill, SK et al. La monophosphorylation des motifs CD79a et CD79b ITAM initie une cascade de signalisation inhibitrice médiée par la phosphatase SHIP-1 nécessaire à l'anergie des lymphocytes B. Immunité 35, 746–756 (2011).

Article Google Scholar

Schroeder, HW & Cavacini, L. Structure et fonction des immunoglobulines. J. Allergy Clin. Immun. 125, 41-52 (2010).

Article Google Scholar

Colvin, RB & Smith, RN Rejet d'allogreffe d'organe médié par des anticorps. Nat. Rév. Immunol. 5, 807–817 (2005).

Article CAS Google Scholar

Girardi, G., Redecha, P. & Salmon, JE L'héparine prévient la perte fœtale induite par les anticorps antiphospholipides en inhibant l'activation du complément. Nat. Méd. 10, 1222-1226 (2004).

Article CAS Google Scholar

Kahn, DA & Baltimore, D. La grossesse induit une réponse des cellules T régulatrices maternelles spécifiques à l'antigène fœtal qui contribue à la tolérance. P Natl Acad. Sci. États-Unis 107, 9299–9304 (2010).

Article ADS CAS Google Scholar

Romano, A. et al. Cellules T régulatrices FOXP3+ dans la fibrose hépatique et la splénomégalie causée par schistosoma japonicum : la rate peut être une source majeure de tregs chez les sujets atteints de splénomégalie. PLoS Négl. Trop. Dis. 10, e0004306 (2016).

Article Google Scholar

La Rocca, C., Carbone, F., Longobardi, S. & Matarese, G. L'immunologie de la grossesse : les cellules T régulatrices contrôlent la tolérance immunitaire maternelle envers le fœtus. Immunol. Lett. 162, 41-48 (2014).

Article Google Scholar

Parker, J. et al. Tolérance immunologique dans l'évolution de la grossesse masculine. Mol. Écol. (2021).

Star, B. et al. La séquence du génome de la morue franche révèle un système immunitaire unique. Nature 477, 207-210 (2011).

Article ADS CAS Google Scholar

Malmstrom, M. et al. L'évolution du système immunitaire influence les taux de spéciation chez les poissons téléostéens. Nat. Genet 48, 1204-1210 (2016).

Article Google Scholar

Dubin, A. et al. Perte complète de la voie MHC II chez une baudroie, Lophius piscatorius. Biol. let. 15, 20190594 (2019).

Article CAS Google Scholar

Guslund, C. et al. Sous-ensembles de lymphocytes chez la morue franche (Gadus morhua) interrogés par séquençage unicellulaire. Commun. Biol. 5, 1–9 (2022).

Article Google Scholar

Xie, L. et al. L'asplénie congénitale interrompt l'homéostasie immunitaire et entraîne une inflammation systémique excessive chez le poisson zèbre. Front Cell Infect. Microbiol 11, 668859 (2021).

Article CAS Google Scholar

Swann, JB, Holland, SJ, Petersen, M., Pietsch, TW et Boehm, T. L'immunogénétique du parasitisme sexuel. Sciences 369, 1608-1615 (2020).

Article ADS CAS Google Scholar

Parker, J., Guslund, N., Jentoft, S. & Roth, O. Caractérisation des populations de cellules immunitaires de syngnathes par transcriptomique unicellulaire. Immunol avant. 13, 820152 (2022).

Article CAS Google Scholar

Klein, SL & Flanagan, KL Différences entre les sexes dans les réponses immunitaires. Nat. Rév. Immunol. 16, 626–638 (2016).

Article CAS Google Scholar

Gnerre, S. et al. Assemblages préliminaires de haute qualité de génomes de mammifères à partir de données de séquences massivement parallèles. Proc. Natl Acad. Sci. États-Unis 108, 1513-1518 (2011).

Article ADS CAS Google Scholar

Serviteur, N. et al. HiC-Pro : un pipeline optimisé et flexible pour le traitement des données Hi-C. Génome Biol. 16, 259 (2015).

Article Google Scholar

Gross, JB et al. Prédiction de la synténie et des gènes candidats à l'aide d'une carte de liaison ancrée d'Astyanax mexicanus. Proc. Natl Acad. Sci. États-Unis 105, 20106-20111 (2008).

Article ADS CAS Google Scholar

Edgar, RC & Myers, EW PILER : identification et classification des répétitions génomiques. Bioinformatique 21, 152–158 (2005).

Article Google Scholar

Price, AL, Jones, NC et Pevzner, PA Identification de novo de familles répétées dans de grands génomes. Bioinformatique 21, 351–358 (2005).

Article Google Scholar

Stanke, M. & Waack, S. Prédiction de gènes avec un modèle de Markov caché et un nouveau sous-modèle d'intron. Bioinformatique 19, 215-225 (2003).

Article Google Scholar

Majoros, WH, Pertea, M. & Salzberg, SL TigrScan et GlimmerHMM : deux détecteurs de gènes eucaryotes ab initio open source. Bioinformatique 20, 2878–2879 (2004).

Article CAS Google Scholar

Korf, I. Découverte de gènes dans de nouveaux génomes. BMC Bioinforma. 5, 59 (2004).

Article Google Scholar

Keilwagen, J. et al. Utilisation de la conservation de la position des introns pour la prédiction des gènes basée sur l'homologie. Nucleic Acids Res. 44, e89 (2016).

Campbell, MA, Haas, BJ, Hamilton, JP, Mount, SM & Buell, CR Analyse complète de l'épissage alternatif dans le riz et analyses comparatives avec Arabidopsis. BMC Genomics 7, 327 (2006).

Article Google Scholar

Haas, BJ et al. Annotation automatisée de la structure des gènes eucaryotes à l'aide d'EVidenceModeler et du programme pour assembler des alignements épissés. Génome Biol. 9, R7 (2008).

Torresen, OK et al. Un assemblage amélioré du génome révèle des répétitions en tandem prolifiques chez la morue franche. BMC Genomics 18, 95 (2017).

Article Google Scholar

Kalyaanamoorthy, S., Minh, BQ, Wong, TKF, von Haeseler, A. & Jermiin, LS ModelFinder : sélection rapide de modèles pour des estimations phylogénétiques précises. Nat. Méthodes 14, 587–589 (2017).

Article CAS Google Scholar

Minh, BQ, Nguyen, MA et von Haeseler, A. Approximation ultrarapide pour le bootstrap phylogénétique. Mol. Biol. Évol. 30, 1188-1195 (2013).

Article CAS Google Scholar

De Bie, T., Cristianini, N., Demuth, JP & Hahn, MW CAFE : un outil informatique pour l'étude de l'évolution de la famille de gènes. Bioinformatique 22, 1269-1271 (2006).

Article Google Scholar

Huerta, J. et al. eggNOG 5.0 : une ressource d'orthologie hiérarchique, fonctionnellement et phylogénétiquement annotée basée sur 5090 organismes et 2502 virus. Nucleic Acids Res. 47, 309–314 (2019).

Article Google Scholar

Fernandez, R. & Gabaldon, T. Gain et perte de gènes à travers l'arbre de vie métazoaire. Nat. Écol. Évol. 4, 524–533 (2020).

Article Google Scholar

Yang, Z. PAML 4 : analyse phylogénétique par maximum de vraisemblance. Mol. Biol. Évol. 24, 1586-1591 (2007).

Article CAS Google Scholar

Lui, K. et al. Écholocation chez les souris arboricoles à fourrure douce. Sciences 372, 1305 (2021).

Leerberg, DM, Hopton, RE & Draper, BW Les récepteurs du facteur de croissance des fibroblastes fonctionnent de manière redondante pendant le développement embryonnaire du poisson zèbre. Génétique 212, 1301–1319 (2019).

Article CAS Google Scholar

Keilwagen, J., Hartung, F., Paulini, M., Twardziok, SO & Grau, J. Combinaison de données ARN-seq et de prédiction de gènes basée sur l'homologie pour les plantes, les animaux et les champignons. BMC Bioinforma. 19, 189 (2018).

Article Google Scholar

Steinegger, M. & Soding, J. MMseqs2 permet la recherche de séquences de protéines sensibles pour l'analyse d'ensembles de données volumineux. Nat. Biotechnol. 35, 1026-1028 (2017).

Article CAS Google Scholar

Chueca, LJ et al. Assemblage de novo du génome du chien viverrin (Nyctereutes procyonoides). Devant. Genet. 12, 658256 (2021).

Article CAS Google Scholar

Télécharger les références

Les auteurs remercient les Collections de la biodiversité marine de la mer de Chine méridionale, CAS pour avoir fourni des échantillons ; le Centre des animaux de laboratoire de l'Université agricole de Huazhong pour avoir fourni des installations expérimentales et l'Agence pour la science, S. Fan et X. Lu pour leurs commentaires et suggestions perspicaces qui ont amélioré le manuscrit. Cette recherche a été soutenue par la National Natural Science Foundation of China (41890853 à SZ, 41825013 à QL, 42006108 à MQ), le Key Research Program of Frontier Sciences of CAS (ZDBS-LY-DQC004 à QL), la Guangdong Basic and Applied Basic Research Foundation (2021A1515011380 à YL), le Conseil européen de la recherche (ERC) dans le cadre de la recherche Horizon de l'Union européenne et le programme d'innovation (EC/H2020/755659 à OR), le programme de recherche prioritaire stratégique de CAS (XDB42030204 à QL) et le projet de déploiement clé de COMS de CAS (COMS2020Q14 à YZ).

Les auteurs suivants ont contribué à parts égales : Yali Liu, Meng Qu, Han Jiang et Ralf Schneider.

CAS Key Laboratory of Tropical Marine Bio-Ressources and Ecology, South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, 510301, Guangzhou, Chine

Yali Liu, Meng Qu, Han Jiang, Geng Qin, Wei Luo, Haiyan Yu, Bo Zhang, Xin Wang, Yanhong Zhang, Huixian Zhang, Zhixin Zhang, Yongli Wu, Yingyi Zhang, Jianping Yin, Si Zhang et Qiang Lin

Guangdong Provincial Key Laboratory of Applied Marine Biology, South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou, 510301, République populaire de Chine

Yali Liu, Meng Qu, Geng Qin, Xin Wang, Yanhong Zhang, Huixian Zhang, Jianping Yin, Si Zhang et Qiang Lin

Université de l'Académie chinoise des sciences, 100101, Pékin, Chine

Yali Liu, Han Jiang, Yingyi Zhang et Qiang Lin

Écologie évolutive marine, Institut zoologique, Université de Kiel, 24118, Kiel, Allemagne

Ralf Schneider et Olivia Roth

École supérieure des sciences et technologies marines, Université des sciences et technologies marines de Tokyo, Minato, Tokyo, Japon

Zhixin Zhang

Institut de biologie moléculaire et cellulaire, A*STAR, 138673, Singapour, Singapour

Byrappa Venkatesh

Département de biologie, Université de Constance, 78464, Constance, Allemagne

Axel Meyer

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

QL, AM, OR et BV ont conçu le projet. QL et AM ont supervisé l'étude. XW et GQ ont collecté les échantillons. MQ, RS, HY, XW, YZ, HZ, ZZ et JY ont effectué des analyses du génome. YL, HY et GQ ont effectué une analyse transcriptomique. YL, WL, BZ et HJ ont effectué des analyses d'édition génomique CRISPR/Cas9. YW et HJ ont effectué la PCR quantitative en temps réel. HJ et Yingyi Z. ont effectué une hybridation in situ. SZ a effectué l'analyse Micro-CT. YL, MQ, RS et QL ont rédigé le manuscrit avec la contribution de tous les autres auteurs. Tous les auteurs ont révisé et contribué au manuscrit final.

Correspondance avec Olivia Roth, Axel Meyer ou Qiang Lin.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Nature Communications remercie les évaluateurs anonymes pour leur contribution à l'évaluation par les pairs de ce travail. Les rapports des pairs examinateurs sont disponibles.

Note de l'éditeur Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International License, qui permet l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur n'importe quel support ou format, tant que vous donnez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournissez un lien vers la licence Creative Commons et indiquez si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Liu, Y., Qu, M., Jiang, H. et al. Des pertes immunogénétiques se sont produites en même temps qu'une grossesse masculine chez l'hippocampe et une mutation dans tlx1 a accompagné une asplénie fonctionnelle. Nat Commun 13, 7610 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-35338-7

Télécharger la citation

Reçu : 09 mai 2022

Accepté : 29 novembre 2022

Publié: 09 décembre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41467-022-35338-7

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.