The duplication of genes can occur through various mechanisms and is thought to make a major contribution to the evolutionary diversification of organisms. There is increasing evidence for a large-scale duplication of genes in some chelicerate lineages including two rounds of whole genome duplication (WGD) in horseshoe crabs. To investigate this further, we sequenced and analyzed the genome of the common house spider Parasteatoda tepidariorum. We found pervasive duplication of both coding and non-coding genes in this spider, including two clusters of Hox genes. Analysis of synteny conservation across the P. tepidariorum genome suggests that there has been an ancient WGD in spiders. Comparison with the genomes of other chelicerates, including that of the newly sequenced bark scorpion Centruroides sculpturatus, suggests that this event occurred in the common ancestor of spiders and scorpions, and is probably independent of the WGDs in horseshoe crabs. Furthermore, characterization of the sequence and expression of the Hox paralogs in P. tepidariorum suggests that many have been subject to neo-functionalization and/or sub-functionalization since their duplication. Our results reveal that spiders and scorpions are likely the descendants of a polyploid ancestor that lived more than 450 MYA. Given the extensive morphological diversity and ecological adaptations found among these animals, rivaling those of vertebrates, our study of the ancient WGD event in Arachnopulmonata provides a new comparative platform to explore common and divergent evolutionary outcomes of polyploidization events across eukaryotes.

Special AT-rich sequence binding protein 2 (Satb2) is a matrix attachment region (MAR) binding protein. Satb2 impacts skeletal development by regulating gene transcription required for osteogenic differentiation. Although its role as a high-order transcription factor is well supported, other roles for Satb2 in skeletal development remain unclear. In particular, the impact of dosage sensitivity (heterozygous mutations) and variance on phenotypic severity is still not well understood. To further investigate molecular and cellular mechanisms of Satb2-mediated skeletal defects, we used the CRISPR/Cas9 system to generate Satb2 mutations in MC3T3-E1 cells. Our data suggest that, in addition to its role in differentiation, Satb2 regulates progenitor proliferation. We also find that mutations in Satb2 cause chromatin defects including nuclear blebbing and donut-shaped nuclei. These defects may contribute to a slight increase in apoptosis in mutant cells, but apoptosis is insufficient to explain the proliferation defects. Satb2 expression exhibits population-level variation and is mostly highly expressed from late G1 to late G2. Based on these data, we hypothesize that Satb2 may regulate proliferation through two separate mechanisms. First, Satb2 may regulate the expression of genes necessary for cell cycle progression in pre-osteoblasts. Second, similar to other MAR-binding proteins, Satb2 may participate in DNA replication. Deficiencies in either of these processes could reduce the pace of cell cycle progression and contribute to nuclear damage. We also hypothesize that Satb2-mediated proliferation defects may be buffered in some genetic backgrounds, which provides some explanation for differences in severity of skeletal defects. Further elucidation of the role of Satb2 in proliferation has potential impacts on our understanding of both skeletal defects and cancer.

The duplication of genes can occur through various mechanisms and is thought to make a major contribution to the evolutionary diversification of organisms. There is increasing evidence for a large-scale duplication of genes in some chelicerate lineages including two rounds of whole genome duplication (WGD) in horseshoe crabs. To investigate this further we sequenced and analyzed the genome of the common house spider Parasteatoda tepidariorum. We found pervasive duplication of both coding and non-coding genes in this spider, including two clusters of Hox genes. Analysis of synteny conservation across the P. tepidariorum genome suggests that there has been an ancient WGD in spiders. Comparison with the genomes of other chelicerates, including that of the newly sequenced bark scorpion Centruroides sculpturatus, suggests that this event occurred in the common ancestor of spiders and scorpions and is probably independent of the WGDs in horseshoe crabs. Furthermore, characterization of the sequence and expression of the Hox paralogs in P. tepidariorum suggests that many have been subject to neofunctionalization and/or subfunctionalization since their duplication, and therefore may have contributed to the diversification of spiders and other pulmonate arachnids.

SUMMARY Pathogenic variants in SF3B4 are responsible for the acrofacial disorders Nager and Rodriguez Syndrome, also known as SF3B4-related Syndromes, associated with malformations in the head, face, limbs, vertebrae as well as the heart. To uncover the etiology of craniofacial malformations found in SF3B4-related syndromes, mutant mouse lines with homozygous deletion of Sf3b4 in neural crest cells (NCC) were generated. Like in human patients, these embryos had craniofacial and cardiac malformations with variable expressivity and penetrance. The severity and survival of Sf3b4 NCC mutants was modified by the level of Sf3b4 in neighbouring non NCC. RNA sequencing analysis of heads of embryos prior to morphological abnormalities showed significant changes in expression of genes forming the NCC regulatory network, as well as an increase in exon skipping. We identified several key transcription factors and histone modifiers involved in craniofacial and cardiac development with increased exon skipping. Increased exon skipping was also associated with use of a more proximal branch point, as well as an enrichment in thymidine bases in the 50bp around the branch points. We propose that decrease in Sf3b4 causes changes in the expression and splicing of transcripts required for proper craniofacial and cardiac development, leading to abnormalities.