Abstract Nitric oxide (NO) is an ancestral key signaling molecule essential for life and has enormous versatility in biological systems, including cardiovascular homeostasis, neurotransmission, and immunity. Although our knowledge of nitric oxide synthases (Nos), the enzymes that synthesize NO in vivo , is substantial, the origin of a large and diversified repertoire of nos gene orthologs in fish with respect to tetrapods remains a puzzle. The recent identification of nos3 in the ray-finned fish spotted gar, which was considered lost in the ray-finned fish lineage, changed this perspective. This prompted us to explore nos gene evolution and expression in depth, surveying vertebrate species representing key evolutionary nodes. This study provides noteworthy findings: first, nos2 experienced several lineage-specific gene duplications and losses. Second, nos3 was found to be lost independently in two different teleost lineages, Elopomorpha and Clupeocephala. Third, the expression of at least one nos paralog in the gills of developing shark, bichir, sturgeon, and gar but not in arctic lamprey, suggest that nos expression in this organ likely arose in the last common ancestor of gnathostomes. These results provide a framework for continuing research on nos genes’ roles, highlighting subfunctionalization and reciprocal loss of function that occurred in different lineages during vertebrate genome duplications.

Whole genome duplications (WGDs) are major events that drastically reshape genome architecture and are causally associated with organismal innovations and radiations 1 . The 2R Hypothesis suggests that two WGD events (1R and 2R) occurred during early vertebrate evolution 2, 3 . However, the veracity and timing of the 2R event relative to the divergence of gnathostomes (jawed vertebrates) and cyclostomes (jawless hagfishes and lampreys) is unresolved 4–6 and whether these WGD events underlie vertebrate phenotypic diversification remains elusive 7 . Here we present the genome of the inshore hagfish, Eptatretus burgeri . Through comparative analysis with lamprey and gnathostome genomes, we reconstruct the early events in cyclostome genome evolution, leveraging insights into the ancestral vertebrate genome. Genome-wide synteny and phylogenetic analyses support a scenario in which 1R occurred in the vertebrate stem-lineage during the early Cambrian, and the 2R event occurred in the gnathostome stem-lineage in the late Cambrian after its divergence from cyclostomes. We find that the genome of stem-cyclostomes experienced two additional, independent genome duplications (herein CR1 and CR2). Functional genomic and morphospace analyses demonstrate that WGD events generally contribute to developmental evolution with similar changes in the regulatory genome of both vertebrate groups. However, appreciable morphological diversification occurred only after the 2R event, questioning the general expectation that WGDs lead to leaps of morphological complexity 7 .

Abstract Biliary atresia (BA), resulting from abnormal development of the liver’s internal or external bile ducts, can lead to liver damage and potentially fatal cirrhosis. Type I cystic biliary atresia is a relatively uncommon, but clinically significant variant of BA. It is critical to develop experimental models of BA to examine the etiology and pathogenesis, which remain elusive, and to develop future therapeutics. Here, we have successfully generated a panel of human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) from five Japanese patients carrying type I cystic BA. These hiPSC lines exhibited characteristics of self-renewal and pluripotency. These cells held normal karyotypes mostly, but one of them carried hemizygous deletions, the clinical significance of which is unknown yet. Whole genome sequence analysis indicated that some of the mutations or single nucleotide polymorphisms (SNPs) commonly found in these patients are related to hepatobiliary abnormality. Given the limited understanding of the molecular pathogenesis of cystic BA, attributed to unknown factors of genetic and environmental causes, these cellular resources will be instrumental in replicating disease phenotypes and in advancing novel therapies for this disease.