Bats account for one-fifth of mammalian species, are the only mammals with powered flight, and are among the few animals that echolocate. The insect-eating Brandt’s bat (Myotis brandtii) is the longest-lived bat species known to date (lifespan exceeds 40 years) and, at 4–8 g adult body weight, is the most extreme mammal with regard to disparity between body mass and longevity. Here we report sequencing and analysis of the Brandt’s bat genome and transcriptome, which suggest adaptations consistent with echolocation and hibernation, as well as altered metabolism, reproduction and visual function. Unique sequence changes in growth hormone and insulin-like growth factor 1 receptors are also observed. The data suggest that an altered growth hormone/insulin-like growth factor 1 axis, which may be common to other long-lived bat species, together with adaptations such as hibernation and low reproductive rate, contribute to the exceptional lifespan of the Brandt’s bat. Bats account for 20 per cent of all mammals, these are the only mammals with powered flight, and are among the few animals that echolocate. Here, Seim et al. sequence the genome of the long-lived (>40 years) Brandt’s bat, Myotis brandtiiand provide clues to its evolution, longevity and other traits.

Subterranean mammals spend their lives in dark, unventilated environments that are rich in carbon dioxide and ammonia and low in oxygen. Many of these animals are also long-lived and exhibit reduced aging-associated diseases, such as neurodegenerative disorders and cancer. We sequenced the genome of the Damaraland mole rat (DMR, Fukomys damarensis) and improved the genome assembly of the naked mole rat (NMR, Heterocephalus glaber). Comparative genome analyses, along with the transcriptomes of related subterranean rodents, revealed candidate molecular adaptations for subterranean life and longevity, including a divergent insulin peptide, expression of oxygen-carrying globins in the brain, prevention of high CO2-induced pain perception, and enhanced ammonia detoxification. Juxtaposition of the genomes of DMR and other more conventional animals with the genome of NMR revealed several truly exceptional NMR features: unusual thermogenesis, an aberrant melatonin system, pain insensitivity, and unique processing of 28S rRNA. Together, these genomes and transcriptomes extend our understanding of subterranean adaptations, stress resistance, and longevity.

Abstract Invertebrates, animals (metazoans) without backbones, encompass ∼97% of all animal yet remains understudied. They have provided insights into molecular mechanisms underlying fundamentally identical mechanisms in phylogenetically diverse animals, including vertebrates. Marine invertebrates have long fascinated researchers due to their abundance, diversity, adaptations, and impact on ecosystems and human economies. Here, we report a compendium and appraisal of 190 marine invertebrate genomes spanning 21 phyla, 43 classes, 92 orders, and 134 families. We identify a high proportion and long unit size of tandem repeats, likely contributing to reported difficulties in invertebrate genome assembly. A well-supported phylogenetic tree of marine invertebrates from 974 single-copy orthologous genes resolved topological controversies. We show that Ctenophora is at the basal phylum and Porifera is the sister group of Parahoxozoa; that Xenacoelomorpha is within Bilateria and is the sister group to Protostomia, rejecting three out of four hypotheses in the field; and that Bryozoa is at the basal position of Lophotrochozoa, not grouped into Lophophorata. We also present insights into the genetic underpinnings of metazoans from Hox genes, innate immune gene families, and nervous system gene families. Our marine invertebrate genome compendium provides a unified foundation for studies on their evolution and effects on ecological systems and human life.

Abstract Aquatic vertebrates consist of jawed fish (cartilaginous fish and bony fish), aquatic mammals, reptiles and amphibians. Here, we present a comprehensive analysis of 630 aquatic vertebrate genomes to generate a standardized compendium of genomic data. We demonstrate its value by assessing their genome features as well as illuminating gene families related to the transition from water to land, such as Hox genes and olfactory receptor genes. We found that LINEs are the major transposable element (TE) type in cartilaginous fish and aquatic mammals, while DNA transposons are the dominate type in bony fish. To our surprise, TE types are not fixed in amphibians, the first group that transitioned to living on land. These results illustrate the value of a unified resource for comparative genomic analyses of aquatic vertebrates. Our data and strategy are likely to support all evolutionary and ecological research on vertebrates.

Abstract Sirenians of the superorder Afrotheria were the first mammals to transition from land to water and are the only herbivorous marine mammals. Here, we generated a chromosome-level dugong ( Dugong dugon ) genome. A comparison of our assembly with other afrotherian genomes reveals possible molecular adaptations to aquatic life by sirenians, including a shift in daily activity patterns (circadian clock) and tolerance to a high-iodine plant diet mediated through changes in the iodide transporter NIS ( SLC5A5 ) and its co-transporters. Functional in vitro assays confirm that sirenian amino acid substitutions alter the properties of the circadian clock protein PER2 and NIS. Sirenians show evidence of convergent regression of integumentary system (skin and its appendages) genes with cetaceans. Our analysis also uncovers gene losses that may be maladaptive in a modern environment, including a candidate gene ( KCNK18 ) for sirenian cold stress syndrome likely lost during their evolutionary shift in daily activity patterns. Genomes from nine Australian locations and the functionally extinct Okinawan population confirm and date a genetic break ~10.7 thousand years ago on the Australian east coast and provide evidence of an associated ecotype, and highlight the need for whole-genome resequencing data from dugong populations worldwide for conservation and genetic management.

The past two decades has witnessed a remarkable increase in the number of microbial genomes retrieved from marine systems

Abstract Trillions of marine bacterial, archaeal and viral species contribute to the majority diversity of life on Earth. In the current study, we have done a comprehensive review of all the published studies of marine microbiome by re-analyzing most of the available high throughput sequencing data. We collected 17.59 Tb sequencing data from 8,165 metagenomic and prokaryotic samples, and systematically evaluated the genome characters, including genome size, GC content, phylogeny, and the functional and ecological roles of several typical phyla. A genome catalogue of 9,070 high quality genomes and a gene catalogue including 156,209,709 genes were constructed, representing the most integrate marine prokaryotic datasets till now. The genome size of Alphaproteobacteria and Actinobacteria was significant correlated to their GC content. A total of 44,322 biosynthetic gene clusters distributed in 53 types were detected from the reconstructed marine prokaryotic genome catalogue. Phylogenetic annotation of the 8,380 bacterial and 690 archaeal species revealed that most of the known bacterial phyla (99/111), including 62 classes and 181 orders, and four extra unclassified genomes from two candidate novel phyla were detected. In addition, taxonomically unclassified species represented a substantial fraction of 64.56% and 80.29% of the phylogenetic diversity of Bacteria and Archaea respectively. The genomic and ecological features of three groups of Cyanobacteria, luminous bacteria and methane-metabolizing archaea, including inhabitant preference, geolocation distribution and others were through discussed. Our database provides a comprehensive resource for marine microbiome, which would be a valuable reference for studies of marine life origination and evolution, ecology monitor and protection, bioactive compound development.

Elucidating cellular architecture and cell-type evolution across species is central to understanding immune system function and susceptibility to disease. Adaptive immunity is a shared trait of the common ancestor of cartilaginous and bony fishes. However, evolutionary features of lymphocytes in these two jawed vertebrates remain unclear. Here, we present a single-cell RNA sequencing atlas of immune cells from cartilaginous (white-spotted bamboo shark) and bony (zebrafish and Chinese tongue sole) fishes. Cross-species comparisons show that the same cell types across different species exhibit similar transcriptional profiles. In the bamboo shark, we identify a phagocytic B cell population expressing several pattern recognition receptors, as well as a T cell sub-cluster co-expressing both T and B cell markers. In contrast to a division by function in the bony fishes, we show close linkage and poor functional specialization among lymphocytes in the cartilaginous fish. Our cross-species single-cell comparison presents a resource for uncovering the origin and evolution of the gnathostome immune system.

Abstract The maximum lifespan varies more than 100-fold in mammals. This experiment of nature may uncover of the evolutionary forces and molecular features that define longevity. To understand the relationship between gene expression variation and maximum lifespan, we carried out a comparative transcriptomics analysis of liver, kidney, and brain tissues of 106 mammalian species. We found that expression is largely conserved and very limited genes exhibit common expression patterns with longevity in all the three organs analyzed. However, many pathways, e.g., “Insulin signaling pathway”, and “FoxO signaling pathway”, show accumulated correlations with maximum lifespan across mammals. Analyses of selection features further reveal that methionine restriction related genes whose expressions associated with longevity, are under strong selection in long-lived mammals, suggesting that a common approach could be utilized by natural selection and artificial intervention to control lifespan. These results suggest that natural lifespan regulation via gene expression is likely to be driven through polygenic model and indirect selection.

Abstract Sirenians of the diverse superorder Afrotheria were the first mammals to retransition from land to water and are the sole herbivorous marine mammals, but little is known about the underlying genomic changes. Here, we generated a chromosome-level dugong ( Dugong dugon ) genome. A comparison of our assembly and a recent West Indian manatee genome with other afrotherian genomes revealed possible molecular solutions to aquatic life by sirenians, including a shift in daily activity patterns (circadian clock) and tolerance to a high-iodine plant diet mediated through changes in the iodide transporter NIS ( SLC5A5 ) and its co-transporters. Functional in vitro assays confirmed that sirenian amino acid substitutions alter the properties of the circadian clock protein PER2 and NIS. Sirenians show evidence of convergent regression of integumentary system (skin and its appendages) genes with cetaceans, the only other fully aquatic mammal group. Our analysis also uncovered gene losses that may be maladaptive in a modern environment, including a candidate gene ( KCNK18 ) for sirenian cold stress syndrome likely lost during their evolutionary shift in daily activity patterns. Finally, genomes from nine Australian locations and the functionally extinct Okinawan population confirm and date a genetic break on the Australian east coast and highlight the need for whole-genome resequencing data from small or isolated dugong populations worldwide for conservation and genetic management.