The first two lineages to differentiate from a pluripotent cell population during mammalian development are the extraembryonic trophectoderm (TE) and the primitive endoderm (PrE). Whereas the mechanisms of TE specification have been extensively studied, segregation of PrE and the pluripotent epiblast (EPI) has received comparatively little attention. A current model of PrE specification suggests PrE precursors exhibit an apparently random distribution within the inner cell mass of the early blastocyst and then segregate to their final position lining the cavity by the late blastocyst. We have identified platelet-derived growth factor receptor alpha (Pdgfralpha) as an early-expressed protein that is also a marker of the later PrE lineage. By combining live imaging of embryos expressing a histone H2B-GFP fusion protein reporter under the control of Pdgfra regulatory elements with the analysis of lineage-specific markers, we investigated the events leading to PrE and EPI lineage segregation in the mouse, and correlated our findings using an embryo staging system based on total cell number. Before blastocyst formation, lineage-specific factors are expressed in an overlapping manner. Subsequently, a gradual progression towards a mutually exclusive expression of PrE- and EPI-specific markers occurs. Finally, cell sorting is achieved by a variety of cell behaviours and by selective apoptosis.

The eastern quoll (Dasyurus viverrinus) is an endangered marsupial native to Australia. Since the extirpation of its mainland populations in the 20th century, wild eastern quolls have been restricted to two islands at the southern end of their historical range. Eastern quolls are the subject of captive breeding programs and attempts have been made to re-establish a population in mainland Australia. However, few resources currently exist to guide the genetic management of this species. Here, we generated a reference genome for the eastern quoll with gene annotations supported by multi-tissue transcriptomes. Our assembly is among the most complete marsupial genomes currently available. Using this assembly, we infer the species' demographic history, identifying potential evidence of a long-term decline beginning in the late Pleistocene. Finally, we identify a deletion at the ASIP locus that likely underpins pelage color differences between the eastern quoll and the closely related Tasmanian devil (Sarcophilus harrisii).

Abstract The support of pluripotent cells over time is an essential feature of development. In eutherian embryos, pluripotency is maintained from naïve states in peri-implantation to primed pluripotency at gastrulation. To understand how these states emerged, we reconstruct the evolutionary trajectory of the Pou5 gene family, which contains the central pluripotency factor OCT4. By coupling evolutionary sequence analysis with functional studies in mouse Embryonic Stem Cells (ESCs), we found that the ability of POU5 proteins to support pluripotency originated in the gnathostome lineage, prior to the generation of two paralogues, Pou5f1 and Pou5f3 via gene duplication. In osteichthyans, retaining both genes, the paralogues differ in their support of naïve and primed pluripotency. This specialization of these duplicates enables the diversification of function in self-renewal and differentiation. By integrating sequence evolution, ESC phenotypes, developmental contexts and structural modelling, we pinpoint OCT4 regions sufficient for naïve pluripotency and describe their adaptation over evolutionary time.

The eastern quoll (Dasyurus viverrinus) is an endangered marsupial mesopredator native to Australia. Since the extirpation of the last mainland Australian populations in the late 20th century, wild populations of this species have been restricted to two islands at the far southern end of its historical range. Eastern quolls are the subject of captive breeding programs and attempts have recently been made to re-establish a population in mainland Australia through translocations. However, few resources currently exist to guide the genetic management of this species. Here, we present a chromosome-scale reference genome for the eastern quoll, along with gene annotations supported by multi-tissue transcriptomes. Through comparisons with related species, we find that our reference genome is among the most complete marsupial assemblies currently available. Using this assembly, we infer the species9 demographic history and identify potential evidence of a long-term decline beginning in the late Pleistocene. Finally, we identify a deletion at the ASIP locus that likely drives differences in pelage color between the eastern quoll and the closely related Tasmanian devil (Sarcophilus harrisii). The genomic resources we present are valuable new tools for evolutionary and conservation genomic studies.

The marsupial moles are arguably Australia’s most enigmatic marsupials. Almost indistinguishable from placental (eutherian) moles, they provide a striking example of convergent evolution. Exploring the genome of the southern marsupial mole, we provide insights into its unusual biology. We show definitively by retrophylogenomic analysis that marsupial moles are most closely related to bandicoots and bilbies (order Peramelemorphia). We find evidence of a marked decline in marsupial mole effective population size, most likely preceding the arrival of humans in regions near its range, and potentially corresponding to periods of climatic change. Our analysis of loss of eye function—an adaptation to subterranean life—reveals a structured order of loss of gene function associated first with the lens, then cone, and finally rod cells. Last, we identify genetic changes suggestive of adaptation to an oxygen-poor environment and of its evolution of partially descended testes.

Marsupials exhibit highly specialized patterns of reproduction and development, making them uniquely valuable for comparative genomics studies with their sister lineage, eutherian (also known as placental) mammals. However, marsupial genomic resources still lag far behind those of eutherian mammals, limiting our insight into mammalian diversity. Here, we present a series of novel genomic resources for the fat-tailed dunnart (Sminthopsis crassicaudata), a mouse-like marsupial that, due to its ease of husbandry and ex-utero development, is emerging as a laboratory model. To enable wider use, we have generated a multi-tissue de novo transcriptome assembly of dunnart RNA-seq reads spanning 12 tissues. This highly representative transcriptome is comprised of 2,093,982 assembled transcripts, with a mean transcript length of 830 bp. The transcriptome mammalian BUSCO completeness score of 93% is the highest amongst all other published marsupial transcriptomes. Additionally, we report an improved fat-tailed dunnart genome assembly which is 3.23 Gb long, organized into 1,848 scaffolds, with a scaffold N50 of 72.64 Mb. The genome annotation, supported by assembled transcripts and ab initio predictions, revealed 21,622 protein-coding genes. Altogether, these resources will contribute greatly towards characterizing marsupial biology and mammalian genome evolution.

Abstract The extinct Tasmanian tiger or thylacine ( Thylacinus cynocephalus ) was a large marsupial carnivore native to Australia. Once ranging across parts of the mainland, the species remained only on the island of Tasmania by the time of European colonization. It was driven to extinction in the early 20 th century and is an emblem of native species loss in Australia. The thylacine was a striking example of convergent evolution with placental canids, with which it shared a similar skull morphology. Consequently, it has been the subject of extensive study. While the original thylacine assemblies published in 2018 enabled the first exploration of the species’ genome biology, further progress is hindered by the lack of high-quality genomic resources. Here, we present a new chromosome-scale hybrid genome assembly for the thylacine, which compares favorably with many recent de novo marsupial genomes. Additionally, we provide homology-based gene annotations, characterize the repeat content of the thylacine genome and show that, consistent with demographic decline, the species possessed a low rate of heterozygosity even compared to extant, threatened marsupials. Significance The lack of high-quality genomes for extinct species inhibits research into their biology. Moreover, marsupials are underrepresented among sequenced genomes. Here, we present a new, chromosome-scale thylacine genome. This high-quality assembly is a valuable new resource for studies on marsupial carnivores.