HSP90 proteins are important molecular chaperones. Transcriptome and genome analyses revealed that the human HSP90 family includes 17 genes that fall into four classes. A standardized nomenclature for each of these genes is presented here. Classes HSP90AA, HSP90AB, HSP90B, and TRAP contain 7, 6, 3, and 1 genes, respectively. HSP90AA genes mapped onto chromosomes 1, 3, 4, and 11; HSP90AB genes mapped onto 3, 4, 6, 13 and 15; HSP90B genes mapped onto 1, 12, and 15; and the TRAP1 gene mapped onto 16. Six genes, HSP90AA1, HSP90AA2, HSP90N, HSP90AB1, HSP90B1 and TRAP1, were recognized as functional, and the remaining 11 genes were considered putative pseudogenes. Amino acid polymorphic variants were detected for genes HSP90AA1, HSP90AA2, HSP90AB1, HSP90B1, and TRAP1. The structures of these genes and the functional motifs and polymorphic variants of their proteins were documented and the features and functions of their proteins were discussed. Phylogenetic analyses based on both nucleotide and protein data demonstrated that HSP90(AA+AB+B) formed a monophyletic clade, whereas TRAP is a relatively distant paralogue of this clade.

Abstract Novel organismal traits might reuse ancestral gene-regulatory networks (GRNs) in their development, but data supporting this mechanism are still sparse. Here we show the reuse of an ancestral insect venation gene regulatory subnetwork patterning the sharp and distinct rings of color in butterfly eyespots. Using laser microdissection followed by RNA-Seq we first obtained transcriptional profiles of the anterior and posterior compartment of larval wings, and eyespot and adjacent control tissue in pupal wings of Bicyclus anynana butterflies. We identified key venation patterning genes such as Mothers against dpp 6 (Mad6), thickveins, Optix, spalt, optomotor-blind (omb), aristaless, cubitus interruptus, and patched differentially expressed (DE) across compartments, and a sub-set of these genes also DE across eyespot and non-eyespot samples. Fluorescent in-situ hybridization (HCR3.0) on the jointly DE genes Mad6, Optix, and spalt , as well as dpp showed clear eyespot-center, eyespot-rings, and compartment-specific expression. Knocking out dpp resulted in an individual with venation defects and loss of eyespots, whereas knockouts of Optix and spalt resulted in the loss of orange scales and black scales, respectively. Furthermore, using CRISPR-Cas9 followed by immunostainings, we showed that Spalt represses Optix in the central region of the eyespot, limiting Optix expression to a more peripheral ring, which parallels the regulatory interaction found in venation patterning in the anterior compartment of fly larval wings. These network similarities suggest that part of the venation GRN was co-opted to aid in the differentiation of the eyespot rings. One-sentence summary We showed the reuse of an ancestral insect wing venation GRN in patterning a novel complex trait in butterflies.

Abstract Butterfly eyespots are beautiful novel traits with an unknown developmental origin. Here we show that eyespots likely originated via co-option of the antennal gene-regulatory network (GRN) to novel locations on the wing. Using comparative transcriptome analysis, we show that eyespots cluster with antennae relative to multiple other tissues. Furthermore, three genes essential for eyespot development ( Distal-less ( Dll ), spalt ( sal ), and Antennapedia ( Antp )) share similar regulatory connections as those observed in the antennal GRN. CRISPR knockout of cis -regulatory elements (CREs) for Dll and sal led to the loss of eyespots and antennae, and also legs and wings, demonstrating that these CREs are highly pleiotropic. We conclude that eyespots likely re-used the ancient antennal GRN, a network previously implicated also in the development of legs and wings.

The silkworm Bombyx mori is a domestic insect for silk production and a lepidopteran model. The currently available genomes limit a full understanding of its genetic and phenotypic diversity. Here we assembled long-read genomes of 545 domestic and wild silkworms and constructed a high-resolution pan-genome dataset. We found that the silkworm population harbors extremely variable genomes containing 7,308 new gene families, 4,260 (22%) core gene families, and 3,432,266 non-redundant SVs. We deciphered a series of causal genes and variants associated with domestication, breeding, and ecological adaptation traits, and experimentally validated two of those genes using CRISPR-Cas9 or RNA interference. This unprecedented large-scale genomic resource allows for high-throughput screening of interesting traits for functional genomic research and breeding improvement of silkworms and may serve as a guideline for traits decoding in other species.

Abstract Butterflies have evolved different color patterns on their dorsal and ventral wing surfaces to serve different signaling functions, yet the developmental mechanisms controlling surface-specific patterning are still unknown. Here, we mutate both copies of the transcription factor apterous in Bicyclus anynana butterflies using CRISPR/Cas9 and show that apterous A functions both as a repressor and modifier of ventral wing color patterns, as well as a promoter of dorsal sexual ornaments in males. We propose that the surface-specific diversification of wing patterns in butterflies proceeded via the co-option of apterous A into various gene regulatory networks involved in the differentiation of discrete wing traits. Further, interactions between apterous and sex-specific factors such as doublesex may have contributed to the origin of sexually dimorphic surface-specific patterns. Finally, we discuss the evolution of eyespot pattern diversity in the family Nymphalidae within the context of developmental constraints due to apterous regulation. Significance statement Butterflies have evolved different wing patterns on their dorsal and ventral wing surfaces that serve different signaling functions. We identify the transcription factor, apterous A , as a key regulator of this surface-specific differentiation in butterflies. We also show a role for apterous A in restricting the developmental origin of a novel trait, eyespots, to just the ventral wing surface. Dorsal-ventral differentiation of tissues is not just restricted to butterfly wings but occurs in many other organs and organisms from arthropods to humans. Thus, we believe that our work will be of interest to a diverse group of biologists and layman alike interested in the role of development in shaping biodiversity.

Abstract Lepidopteran larvae have both thoracic legs and abdominal prolegs, yet it is unclear whether these are serial homologs. We examined the role of three Hox genes in proleg development in Bicyclus anynana butterflies using CRISPR-Cas9 and discovered that under a partial segment abdominal-A ( abd-A ) knockout, both types of appendages can develop in the same segment, arguing for prolegs being a novel trait, not a leg serial homolog. We also discover that specificity protein (sp) genes do not co-localize with Distal-less (Dll) in prolegs, as they do in legs, and that the proleg gene-regulatory network (GRN) mostly resembles the head-horn GRN, another novel trait in the lepidoptera. We propose that larval prolegs evolved from the co-option of a partial limb GRN into novel embryonic coordinates in the abdomen. One-Sentence Summary The chubby legs of caterpillars are evolutionary innovations

In Lepidoptera (butterflies and moths), the genomic region around the gene

Abstract A long-standing view in the field of evo-devo is that insect forewings develop without any Hox gene input. The Hox gene Antennapedia ( Antp ), despite being expressed in the thoracic segments of insects, has no effect on wing development. This view has been obtained from studies in two main model species, Drosophila and Tribolium . Here, we show that partial loss of function of Antp resulted in reduced and malformed adult wings in Bombyx, Drosophila , and Tribolium . Antp mediates wing growth in Bombyx by directly regulating the ecdysteriod biosynthesis enzyme gene ( shade ) in the wing tissue, which leads to local production of the growth hormone 20E. In turn, 20E signaling also up-regulates Antp . Additional targets of Antp are wing cuticular protein genes CPG24, CPH28 , and CPG9 , essential for wing development. We propose, thus, that insect wing development occurs in an Antp -dependent manner.

Abstract Butterfly wing scale cells can develop very intricate cuticular nanostructures that interact with light to produce structural colors including silvery hues, but the genetic basis of such nanostructures is mostly unexplored. Here, we first identified that optix is necessary for metallic scale development in the butterfly Bicyclus anynana . We then characterized different subtypes of wildtype metallic silver scales and addressed the function of five genes – apterous A, Ultrabithorax, doublesex, Antennapedia , and optix – in the differentiation of silver scales, at a single-cell resolution, by leveraging crispants that exhibited either ectopic gains or losses of silver scales. Wildtype silver scales were generally rounded and had low amounts of pigmentation, exhibiting a common ultrastructural modification for metallic broadband reflectance, i.e., an undulatory air layer enclosed by an upper and lower lamina. Our results indicated that the varying air layer thickness was the important parameter of the bilaminate scale for producing a broadband reflectance across visible wavelengths. While a single lamina of the appropriate thickness could also produce broadband colors, the bilaminate structure is advantageous as it increases the overall reflectivity. Crispant brown scales differed from wildtype silver scales via the loss of the continuous upper lamina, increased lower lamina thickness, and increased pigmentation. The reverse was seen when brown scales became silver. We identified Antennapedia and optix as high-level regulators in the network differentiating different silver scale subtypes and determining overall cell shape in both sexes. In addition, Antp exhibits a novel, post-embryonic role in the determination of ridge and crossrib orientation.