In all organisms studied, from flies to humans, blood cells emerge in several sequential waves and from distinct hematopoietic origins. However, the relative contribution of these ontogenetically distinct hematopoietic waves to embryonic blood lineages and to tissue regeneration during development is yet elusive. Here, using a lineage-specific switch and trace strategy in the zebrafish embryo, we report that the definitive hematopoietic progeny barely contributes to erythrocytes and macrophages during early development. Lineage tracing further show that ontogenetically distinct macrophages exhibit differential recruitment to the site of injury based on the developmental stage of the organism. We further demonstrate that primitive macrophages can solely maintain tissue regeneration during early larval developmental stages after selective ablation of definitive macrophages. Our findings highlight that the sequential emergence of hematopoietic waves in embryos ensures the abundance of blood cells required for tissue homeostasis and integrity during development.

Summary The cyclic recombinase (Cre)/ loxP recombination system is a powerful technique for in vivo cell labeling and tracking. However, achieving high spatiotemporal precision in cell tracking using this system is challenging due to the requirement for reliable tissue-specific promoters. In contrast, light-inducible systems offer superior regional confinement, tunability and non-invasiveness compared to conventional lineage tracing methods. Here, we took advantage of the unique strengths of the zebrafish to develop an easy-to-use highly efficient, genetically encoded, Magnets-based, light-inducible transgenic Cre/ loxP system. Our system relies on the reassembly of split Cre fragments driven by the affinity of the Magnets and is controlled by the zebrafish ubiquitin promoter. We demonstrate that our system does not exhibit phototoxicity or leakiness in the dark, and it enables efficient and robust Cre/ loxP recombination in various tissues and cell types at different developmental stages through noninvasive illumination with blue light. Our newly developed tool is expected to open novel opportunities for light-controlled tracking of cell fate and migration in vivo . Highlights zPA-Cre is a novel zebrafish transgenic optogenetic split-Cre tool zPA-Cre allows loxP-mediated DNA recombination in various tissues and cell types It enables light-induced DNA recombination at different developmental stages. It allows spatio-temporal DNA recombination in a specific tissue region with high resolution

Multiple waves of hematopoietic progenitors with distinct lineage potentials are differentially regulated in time and space. We show that the first thymic seeding progenitors comprise a unique population of bipotent cells that generate lymphoid tissue inducer and invariant V γ 5+ T cells. Both populations are of embryonic origin and induce the maturation of medullary thymic epithelial cells. Indeed, temporal depletion of the first wave of thymocytes results in a five-fold reduction of mature medullary thymic epithelial cells, after birth. We further show that these progenitors are of hematopoietic stem cell, and not, of yolk sac origin, despite the temporal overlap between the onset of lymphopoiesis and the transient expression of lymphoid transcripts in yolk sac precursors, that does not impact their strict erythro-myeloid potential. Our work highlights the relevance of the developmental timing on the emergence of different lymphoid subsets required for the establishment of a functionally diverse immune system.

The first hematopoietic cells are produced in the yolk sac and are thought to be rapidly replaced by the progeny of hematopoietic stem cells. Here we document that hematopoietic stem cells do not contribute significantly to erythrocyte production up until birth. Lineage tracing of yolk sac-derived erythromyeloid progenitors, that also contribute to tissue resident macrophages, shows a progeny of highly proliferative erythroblasts, that after intra embryonic injection, rapidly differentiate. These progenitors, similar to hematopoietic stem cells, are c-Myb dependent and are developmentally restricted as they are not found in the bone marrow. We show that erythrocyte progenitors of yolk sac origin require lower concentrations of erythropoietin than their hematopoietic stem cell-derived counterparts for efficient erythrocyte production. Consequently, fetal liver hematopoietic stem cells fail to generate megakaryocyte and erythrocyte progenitors. We propose that large numbers of yolk sac-derived erythrocyte progenitors have a selective advantage and efficiently outcompete hematopoietic stem cell progeny in an environment with limited availability of erythropoietin.