Crinoids belong to the Echinodermata, marine invertebrates with a highly derived adult pentaradial body plan. As the sister group to all other extant echinoderms, crinoids occupy a key phylogenetic position to explore the evolutionary history of the whole phylum. However, their development remains understudied compared with that of other echinoderms. Therefore, the aim here was to establish the Mediterranean feather star ( Antedon mediterranea ) as an experimental system for developmental biology. We first set up a method for culturing embryos in vitro and defined a standardized staging system for this species. We then optimized protocols to characterize the morphological and molecular development of the main structures of the feather star body plan. Focusing on the nervous system, we showed that the larval apical organ includes serotonergic, GABAergic and glutamatergic neurons, which develop within a conserved anterior molecular signature. We described the composition of the early post-metamorphic nervous system and revealed that it has an anterior signature. These results further our knowledge on crinoid development and provide new techniques to investigate feather star embryogenesis. This will pave the way for the inclusion of crinoids in comparative studies addressing the origin of the echinoderm body plan and the evolutionary diversification of deuterostomes.

Abstract Background Crinoids belong to the phylum Echinodermata, marine invertebrates with a highly derived pentaradial body plan. As the only living members of the Pelmatozoa, the sister group to other extant echinoderms, crinoids are in a key phylogenetic position to reconstruct the evolutionary history of this phylum. However, the development of crinoids has been scarcely investigated, limiting their potential for comparative studies. Many crinoids are difficult to collect in the wild and embryo manipulation is challenging. Conversely, the Mediterranean feather star Antedon mediterranea can be found in shallow waters and has been used for experimental studies, most notably to investigate regeneration. Results The aim here was to establish A. mediterranea as an experimental system for developmental biology. To accomplish this, we set up a method for culturing embryos in vitro from zygote to hatching larva stage that allowed us to define a developmental timeline and a standardized staging system for this species. We then optimized protocols to characterize the development of the main structures of the feather star body plan, using a combination of microscopy techniques and whole mount immunohistochemistry and in situ hybridization chain reaction. Focusing on the nervous system, we show that the larval apical organ includes a combination of serotonergic, GABAergic and glutamatergic neurons that form under the influence of a conserved anterior molecular signature. The larval neural plexus is instead composed of glutamatergic neurons and develops during the formation of the ciliary bands. Larval neurons disappear at metamorphosis, and the ectoneural and entoneural components of the adult nervous system develop early in post-metamorphic stages. Furthermore, the oral ectoderm that contains the ectoneural system acquires an “anterior” signature expressing Six3/6 and Lhx2/9 orthologs. Conclusions Our results deepen our knowledge on crinoid development and provide new techniques to investigate feather star embryogenesis, promoting the use of A. mediterranea in developmental and evolutionary biology. This in turn will pave the way for the inclusion of crinoids in comparative studies to understand the origin of the echinoderm body plan and clarify many unanswered questions on deuterostome evolution.