ABSTRACT Comparisons of multiple metazoan genomes have revealed the existence of ancestral linkage groups (ALGs), genomic scaffolds sharing sets of orthologous genes that have been inherited from ancestral animals for hundreds of millions of years (Simakov et al. 2022; Schultz et al. 2023) These ALGs have persisted across major animal taxa including Cnidaria, Deuterostomia, Ecdysozoa and Spiralia. Notwithstanding this general trend of chromosome-scale conservation, ALGs have been obliterated by extensive genome rearrangements in certain groups, most notably including Clitellata (oligochaetes and leeches), a group of easily overlooked invertebrates that is of tremendous ecological, agricultural and economic importance (Charles 2019; Barrett 2016). To further investigate these rearrangements, we have undertaken a comparison of 12 clitellate genomes (including four newly sequenced species) and 11 outgroup representatives. We show that these rearrangements began at the base of the Clitellata (rather than progressing gradually throughout polychaete annelids), that the inter-chromosomal rearrangements continue in several clitellate lineages and that these events have substantially shaped the evolution of the otherwise highly conserved Hox cluster.

ABSTRACT While leeches in the genus Hirudo have long been models for neurobiology, the molecular underpinnings of nervous system structure and function in this group remain largely unknown. To begin to bridge this gap, we performed RNASeq on pools of identified neurons of the central nervous system (CNS): sensory T (touch), P (pressure) and N (nociception) neurons; neurosecretory Retzius cells; and ganglia from which these four cell types had been removed. Bioinformatic analyses identified 2,812 putative genes whose expression differed significantly among the samples. These genes clustered into 7 groups which could be associated with one or more of the identified cell types. We verified predicted expression patterns through in situ hybridization on whole CNS ganglia, and found that orthologous genes were for the most part similarly expressed in a divergent leech genus, suggesting evolutionarily conserved roles for these genes. Transcriptional profiling allowed us to identify candidate phenotype-defining genes from expanded gene families. Thus, we identified one of eight hyperpolarization-activated cyclic-nucleotide gated (HCN) channels as a candidate for mediating the prominent sag current in P neurons, and found that one of five inositol triphosphate receptors (IP3Rs), representing a sub-family of IP3Rs absent from vertebrate genomes, is expressed with high specificity in T cells. We also identified one of two piezo genes, two of ~65 deg/enac genes, and one of at least 16 transient receptor potential ( trp ) genes as prime candidates for involvement in sensory transduction in the three distinct classes of leech mechanosensory neurons.

Leeches in the wild are often found on smooth surfaces, such as vegetation, smooth rocks or human artifacts such as bottles and cans, thus exhibiting what appears to be a substrate texture preference behavior. Here, we have reproduced this behavior under controlled circumstances, by allowing leeches to step about freely on a range of silicon carbide sandpaper substrates. To begin to understand the neural mechanisms underlying this texture preference behavior, we have determined relevant parameters of leech behavior both on uniform substrates of varying textures, and in a behavior choice paradigm in which the leech is confronted with a choice between rougher and smoother substrate textures at each step. We tested two non-exclusive mechanisms which could produce substrate texture preference: 1) a Diffusion Trap mechanism, in which a leech is more likely to stop moving on a smooth surface than on a rough one, and; 2) an Anterior Choice mechanism, in which a leech is more likely to attach its front sucker (prerequisite for taking a step) to a smooth surface than to a rough one. We propose that both mechanisms contribute to the texture preference exhibited by leeches.

A bstract Just as a phylogeny encodes the evolutionary relationships among a group of organisms, a cophylogeny represents the coevolutionary relationships among symbiotic partners. Both are widely used to investigate a range of topics in evolutionary biology and beyond. Both are also primarily reconstructed using computational analysis of biomolecular sequence data as well as other biological character data. The most widely used cophylogenetic reconstruction methods utilize an important simplifying assumption: species phylogenies for each set of coevolved taxa are required as input and assumed to be correct. Many theoretical and experimental studies have shown that this assumption is rarely – if ever – satisfied, and the consequences for cophylogenetic studies are poorly understood. To address this gap, we conduct a comprehensive performance study that quantifies the relationship between species tree estimation error and downstream cophylogenetic estimation accuracy. The study includes performance benchmarking using in silico model-based simulations. Our investigation also includes assessments of cophylogenetic reproducibility using genomic sequence datasets sampled from two important models of symbiosis: soil-associated fungi and their endosymbiotic bacteria, and bobtail squid and their bioluminescent bacterial symbionts. Our findings conclusively demonstrate the major impact that upstream phylogenetic estimation error has on downstream cophylogenetic reconstruction quality.