Telonemia-specific environmental 18S rDNA PCR reveals unknown diversity and multiple marine-freshwater colonizations

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Recent surveys of eukaryote 18S rDNA diversity in marine habitats have uncovered worldwide distribution of the heterotrophic eukaryote phylum Telonemia. Here we investigate the diversity and geographic distribution of Telonemia sequences by in-depth sequencing of several new 18S rDNA clone libraries from both marine and freshwater sites by using a Telonemia-specific PCR strategy.</p> <p>Results</p> <p>In contrast to earlier studies that have employed eukaryote-wide PCR design, we identified a large and unknown diversity of phylotypes and the first rigorous evidence for several freshwater species, altogether comprising 91 unique sequences. Phylogenies of these and publicly available sequences showed 20 statistically supported sub-clades as well as several solitary phylotypes with no clear phylogenetic affiliation. Most of these sub-clades were composed of phylotypes from different geographic regions.</p> <p>Conclusions</p> <p>By using specific PCR primers we reveal a much larger diversity of Telonemia from environmental samples than previously uncovered by eukaryote-wide primers. The new data substantially diminish the geographic structuring of clades identified in earlier studies. Nevertheless, since these clades comprise several distinct phylotypes we cannot exclude endemicity at species level. We identified two freshwater clades and a few solitary phylotypes, implying that Telonemia have colonized freshwater habitats and adapted to the different environmental and ecological conditions at independent occasions.</p

Unicellular Origin of the Animal MicroRNA Machinery

The emergence of multicellular animals was associated with an increase in phenotypic complexity and with the acquisition of spatial cell differentiation and embryonic development. Paradoxically, this phenotypic transition was not paralleled by major changes in the underlying developmental toolkit and regulatory networks. In fact, most of these systems are ancient, established already in the unicellular ancestors of animals [1, 2, 3, 4, 5]. In contrast, the Microprocessor protein machinery, which is essential for microRNA (miRNA) biogenesis in animals, as well as the miRNA genes themselves produced by this Microprocessor, have not been identified outside of the animal kingdom [6]. Hence, the Microprocessor, with the key proteins Pasha and Drosha, is regarded as an animal innovation [7, 8, 9]. Here, we challenge this evolutionary scenario by investigating unicellular sister lineages of animals through genomic and transcriptomic analyses. We identify in Ichthyosporea both Drosha and Pasha (DGCR8 in vertebrates), indicating that the Microprocessor complex evolved long before the last common ancestor of animals, consistent with a pre-metazoan origin of most of the animal developmental gene elements. Through small RNA sequencing, we also discovered expressed bona fide miRNA genes in several species of the ichthyosporeans harboring the Microprocessor. A deep, pre-metazoan origin of the Microprocessor and miRNAs comply with a view that the origin of multicellular animals was not directly linked to the innovation of these key regulatory components

Large-Scale Phylogenomic Analyses Reveal That Two Enigmatic Protist Lineages, Telonemia and Centroheliozoa, Are Related to Photosynthetic Chromalveolates

Understanding the early evolution and diversification of eukaryotes relies on a fully resolved phylogenetic tree. In recent years, most eukaryotic diversity has been assigned to six putative supergroups, but the evolutionary origin of a few major “orphan” lineages remains elusive. Two ecologically important orphan groups are the heterotrophic Telonemia and Centroheliozoa. Telonemids have been proposed to be related to the photosynthetic cryptomonads or stramenopiles and centrohelids to haptophytes, but molecular phylogenies have failed to provide strong support for any phylogenetic hypothesis. Here, we investigate the origins of Telonema subtilis (a telonemid) and Raphidiophrys contractilis (a centrohelid) by large-scale 454 pyrosequencing of cDNA libraries and including new genomic data from two cryptomonads (Guillardia theta and Plagioselmis nannoplanctica) and a haptophyte (Imantonia rotunda). We demonstrate that 454 sequencing of cDNA libraries is a powerful and fast method of sampling a high proportion of protist genes, which can yield ample information for phylogenomic studies. Our phylogenetic analyses of 127 genes from 72 species indicate that telonemids and centrohelids are members of an emerging major group of eukaryotes also comprising cryptomonads and haptophytes. Furthermore, this group is possibly closely related to the SAR clade comprising stramenopiles (heterokonts), alveolates, and Rhizaria. Our results link two additional heterotrophic lineages to the predominantly photosynthetic chromalveolate supergroup, providing a new framework for interpreting the evolution of eukaryotic cell structures and the diversification of plastids

Status for Miljøet i Norskehavet: Rapport fra Overvåkningsgruppen 2019

Denne rapporten inneholder vurdering av: De viktigste trekkene i status for miljøet i området som dekkes av den norske regjeringens helhetlige forvaltningsplan for Norskehavet. Det må bemerkes at det er mange typer økosystemer i dette området og at vi har gode overvåkingsdata kun for økosystemet i de øvre pelagiske vannmassene sør for den arktiske fronten. Statusvurderingen gjelder derfor i første rekke denne økosystemtypen. Det skiller seg ikke fra hvordan Overvåkingsgruppen har vurdert miljøtilstanden i området tidligere, men dette har ikke vært presisert før. De viktigste endringene i status siden 2015, som var året hoveddelen av det faglige grunnlaget for siste oppdatering av forvaltningsplanen ble utarbeidet. Så langt som mulig hva som er årsakene til observert status og endringer. De viktigste endringene i ytre påvirkning av området siden 2015. De viktigste trekkene i status for miljøtilstanden i de øvre pelagiske vannmassene sør for den arktiske fronten i Norskehavet (heretter kalt det øvre pelagiske systemet) er at vanntemperaturen fortsatt er høy, at mengden dyreplankton kan ha økt noe opp til langtidsgjennomsnittet og at den samlede mengden pelagisk fisk fortsatt er på et høyt nivå. Nivåene av forurensende stoffer i den pelagiske fisken er lave i forhold til grenseverdier for mattrygghet, men det er ukjent hvordan nivåene er hos arter høyere i næringskjeden og hvordan disse eventuelt blir påvirket. Fra midten av 1990-tallet økte vanntemperaturene i det øvre pelagiske systemet og har siden ligget på et høyt nivå. I det meste av denne perioden har temperaturen vært høy fordi vannet som strømmer sørfra inn i Norskehavet samlet sett har vært relativt varmt. I 2017 og 2018 har det innstrømmende vannet vært kjøligere, men temperaturen har likevel ikke gått ned i Norskehavet fordi varmetapet til atmosfæren har vært lavt på grunn av økning av sørvestlige og dermed varme vinder. I Norskehavets sentrale deler har vannet blir surere og kalkmetningen har avtatt i hele vanndypet de siste 30 årene. Endringen går raskest i overflaten. Endringene i dypvannet er primært drevet av endringer i vannsirkulasjon, men det kan også ved store dyp sees signaler fra menneskeskapt CO2. Det ser ut som pH-verdien synker raskere i deler av Norskehavet enn globalt.Biomassen av dyreplankton ble redusert i hele det øvre pelagiske systemet fra tidlig på 2000-tallet og frem til 2010. Fra 2011 kan denne trenden ha snudd, og i 2018 var mengden på nivå med gjennomsnittet for hele tidsserien. Fra 2006 til 2011 ble det observert en kraftig økning i sørlige arter i det øvre pelagiske systemet. Etter 2011 kan det ha vært en nedgang i indeksen frem til 2016. I 2017 var det derimot igjen en økning i forekomsten av sørlige arter. Den samlede biomassen av de tre sentrale fiskeartene i det øvre pelagiske systemet, makrell (Scomber scombrus), norsk vårgytende sild (Clupea harengus) og kolmule (Micromesistius poutassou), økte fra 1995 mot år 2005 og har etter dette ligget på et relativt høyt nivå. Mens det har vært god rekruttering i flere av de siste årene hos makrell og kolmule, har sildebestanden ikke produsert en stor årsklasse siden 2004. Årsklassene fra 2013 og 2016 ser ut til å være litt større enn de andre årsklassene siden 2004 og gjør at bestanden har holdt seg nokså stabil de siste årene. Andre kommersielt og økologisk viktige fiskebestander i Norskehavet er nordøstarktisk sei (Pollachius virens), brosme (Brosme brosme), blåkveite (Reinhardtius hippoglossoides), lange (Molva molva), snabeluer (Sebastes mentella) og vanlig uer (Sebastes norvegicus). Etter å ha vært på et lavt nivå i 2011 har seibestanden økt og vurderes nå til å være godt over føre-var-nivået til fiskeriforvaltningen. De siste årene ser det ut til å ha vært en økning i bestanden av brosme og lange. Bestanden av blåkveite har vært under gjenoppbygging og har vært på et stabilt nivå. Det vil bli gitt nytt toårig bestandsråd for blåkveite i år. Vanlig uer er klassifisert på rødlisten som en truet art, og bestanden er nå på det laveste nivået som noen gang har vært målt. Rekrutteringen har vært lav siden sent på 1990-tallet. Etter å ha vært på et lavt nivå, var bestanden av snabeluer gjenstand for gjenoppbygging fram til 2014. Etter dette har det igjen vært åpnet for direkte fiske på bestanden. Mange sjøfuglarter i Norskehavet har opplevd dramatiske bestandsendringer siden begynnelsen av 1980-tallet, da det meste av bestandsovervåkingen startet. Dette gjelder særlig bestandene av lomvi (Uria aalge), som er redusert med 99 %, krykkje (Rissa tridactyla) som er redusert med 86 % og lunde (Fratercula arctica) som har gått tilbake 71 %. Årsakene til disse endringene er ikke fullt ut forstått, men endringer i næringstilgang og klima er mulige årsaker. Nye analyser viser at den årlige bifangsten av nise (Phocoena phocoena) i norsk garnfiske har ligget på rundt 3000 dyr og at dette kan ha bidratt til en nedgang i nisebestanden. Tellinger av selunger ble gjort i Vestisen i 2019 og nye estimater for bestandene av grønlandssel (Pagophilus groenlandicus) og klappmyss (Cystophora cristata) ventes å komme i 2019. Det er ikke kommet informasjon om nye fremmede arter i Norskehavet siden 2015, og det er heller ikke kommet noen ny vurdering av rødlistede arter i Norskehavet siden 2015. Høsten 2018 ble rødlisten for naturtyper oppdatert og det er nå ingen dypvannsnaturtyper i Norskehavet som er vurdert som truet. Langs kysten og på grunne områder finner vi tre naturtyper med nordlige forekomster av store brunalger, samt blåskjellsamfunn (Mytilus edulis) som er truede, og som ikke var vurdert som truede tidligere. Det er fortsatt observert skader fra fiskeriaktiviteter på naturtyper med lang restitusjonstid, som hardbunnkorallskog og korallrev. Begge disse er vurdert som nær truet. Tilførselen av forurensning til Norskehavet er generelt stabil eller avtakende. Nivåene av forurensende stoffer er generelt lavere enn i Nordsjøen og Skagerrak. Nivåene er under grensene for mattrygghet i de fleste fiskearter inkludert sild og makrell, men til dels over grenseverdier i lever hos flere fiskearter og i atlantisk kveite (Hippoglossus hippoglossus) fra Sklinnadjupet. I sistnevnte er det målt høye nivåer av både kvikksølv og dioksiner og dioksinliknende PCB. Miljøkvalitetsstandardene, som er satt svært lavt for å beskytte de mest sårbare delene av økosystemet, overskrides for blant annet kvikksølv, PCB og PBDE hos de fleste arter. Marint søppel inkludert mikro- og nanoplast finnes over alt på havbunnen og langs strendene. I dag har de fleste kommersielle fiskebestander i Norskehavet et lavere fiskepress enn ved årtusenskiftet. For de fleste kommersielle fiskeartene i Norskehavet er tilstanden og utviklingen tilfredsstillende. For bestander hvor vi har begrenset informasjon om utvikling er det utarbeidet en egen tabell med oversikt over tilgjengelig kunnskap. Totalt omfatter tabellen 35 arter eller grupper av fisk, sjøpattedyr og krepsdyr. Det er forbud mot målrettet uttak på 29 % av artene eller gruppene i tabellen, deriblant de som er rødlistet. Ytterligere fem arter eller grupper har en negativ bestandsutvikling, og det har blitt eller blir vurdert å gjennomføre særlige forvaltningstiltak for disse. Skipstrafikken i Norskehavet øker som forventet moderat år for år. Som et samlet uttrykk for all skipstrafikk i forvaltningsplanområdet økte den utseilte distansen med 7,1 % fra 2014 til 2017.acceptedVersio

Sycon Transcriptom Data - Regulatory RNA and the origin of multicellularity, 2013

"Sycon Transcriptom Data, 2013" is part of the project "Regulatory RNA and the Origin of Multicellularity". One of the most important evolutionary transitions in the history of life was the evolution of multicellular animals and fungi from unicellular eukaryotes. Despite this transition has been one of the most complex and profound among eukaryotes, the underlying genetic changes of this giant leap in evolution are very much unclear. In contrast to earlier works, which focused on changes of protein coding genes, we are in the proposed project investigating alteration of gene regulation by means of small regulatory RNAs. In recent years we have seen an increased awareness of noncoding RNA in animals and fungi. These function as regulators of gene expression, which have been found to be important for embryonic stem cell differentiation, cell proliferation, apoptosis and metabolic regulation. Hence, small regulatory RNA is vital for the development of complex body plans. A few non-coding RNAs have also been identified in premetazoan and prefungal eukaryotes, but as only a few species have so far been investigated, it is still a big gap in our knowledge of the processes underlining the evolution of animal and fungal multicellularity. This project aims at investigating the role of regulatory RNA in the evolution of multicellularity by comparing the genomes and RNA repertoire in unicellular relatives of animals and fungi (i.e. Choanozoa). As these two groups evolved multicellularity independently from different unicellular ancestors, these comparisons will reveal lineage specific changes such as gene losses, expansions, lateral gene transfers and functional changes. The requested project will apply a combination of bioinformatic and RNA sequencing approaches to obtain a comprehensive understanding of the diversity and evolution of regulatory RNA elements within Choanozoa and thereby also its contribution to the evolution of multicellularity. The data in this project are used in published articles. The data are available through databases

Regulatory RNA at the root of animals: dynamic expression of developmental lincRNAs in the calcisponge Sycon ciliatum

Long non-coding RNAs (lncRNAs) play important regulatory roles during animal development, and it has been hypothesized that an RNA-based gene regulation was important for the evolution of developmental complexity in animals. However, most studies of lncRNA gene regulation have been performed using model animal species, and very little is known about this type of gene regulation in non-bilaterians. We have therefore analysed RNA-Seq data derived from a comprehensive set of embryogenesis stages in the calcareous sponge Sycon ciliatum and identified hundreds of developmentally expressed intergenic lncRNAs (lincRNAs) in this species. In situ hybridization of selected lincRNAs revealed dynamic spatial and temporal expression during embryonic development. More than 600 lincRNAs constitute integral parts of differentially expressed gene modules, which also contain known developmental regulatory genes, e.g. transcription factors and signalling molecules. This study provides insights into the non-coding gene repertoire of one of the earliest evolved animal lineages, and suggests that RNA-based gene regulation was likely present in the last common ancestor of animals

Compartmentalization of mRNAs in the giant, unicellular green alga Acetabularia acetabulum

Acetabularia acetabulum is a single-celled green alga which has historically been an important model system in cell biology. Here, we attempt to re-introduce A. acetabulum as a model system through the investigation of the subcellular localization of mRNAs. A. acetabulum is a macroscopic single-celled alga with a highly complex cellular morphology. The cell is gigantic, and the single nucleus, which is located at the basal end, is several centimeters away from the umbrella-shaped tip. To better understand the genetic basis of the morphology of this alga, we aimed to characterize the mRNA composition in four different subcellular regions of adult cells. Analyses of the quantitative gene expression data revealed a high degree of differentially distributed gene products. Gene transcripts involved in photosynthesis were mainly accumulated in the apical cap structure, while the basal end carrying the nucleus was enriched for nuclear processes such as DNA replication and transcription. Cytoskeletal components, intracellular transport and protein translation was present throughout this highly elongated cell. An important observation was that some gene transcripts were distributed throughout the cell while others, often functionally related transcripts, were localized in large pools at distinct subcellular regions. This suggests that post-transcriptional regulation and specific cellular localization of gene products may be important mechanisms behind morphogenesis in this gigantic cell

Compartmentalization of mRNAs in the giant, unicellular green alga Acetabularia acetabulum

Acetabularia acetabulum is a single-celled green alga which has historically been an important model system in cell biology. Here, we attempt to re-introduce A. acetabulum as a model system through the investigation of the subcellular localization of mRNAs. A. acetabulum is a macroscopic single-celled alga with a highly complex cellular morphology. The cell is gigantic, and the single nucleus, which is located at the basal end, is several centimeters away from the umbrella-shaped tip. To better understand the genetic basis of the morphology of this alga, we aimed to characterize the mRNA composition in four different subcellular regions of adult cells. Analyses of the quantitative gene expression data revealed a high degree of differentially distributed gene products. Gene transcripts involved in photosynthesis were mainly accumulated in the apical cap structure, while the basal end carrying the nucleus was enriched for nuclear processes such as DNA replication and transcription. Cytoskeletal components, intracellular transport and protein translation was present throughout this highly elongated cell. An important observation was that some gene transcripts were distributed throughout the cell while others, often functionally related transcripts, were localized in large pools at distinct subcellular regions. This suggests that post-transcriptional regulation and specific cellular localization of gene products may be important mechanisms behind morphogenesis in this gigantic cell

Draft genome assembly and transcriptome sequencing of the golden algae Hydrurus foetidus (Chrysophyceae)

Hydrurus foetidus is a freshwater alga belonging to the phylum Heterokonta. It thrives in cold rivers in polar and high alpine regions. It has several morphological traits reminiscent of single-celled eukaryotes, but can also form macroscopic thalli. Despite its ability to produce polyunsaturated fatty acids, its life under cold conditions and its variable morphology, very little is known about its genome and transcriptome. Here, we present an extensive set of next-generation sequencing data, including genomic short reads from Illumina sequencing and long reads from Nanopore sequencing, as well as full length cDNAs from PacBio IsoSeq sequencing and a small RNA dataset (smaller than 200 bp) sequenced with Illumina. We combined this data with, to our knowledge, the first draft genome assembly of a chrysophyte algae. The assembly consists of 5069 contigs to a total assembly size of 171 Mb and a 77% BUSCO completeness. The new data generated here may contribute to a better understanding of the evolution and ecological roles of chrysophyte algae, as well as to resolve the branching patterns within the Heterokonta