Abstract Background The larvacean Oikopleura dioica is an abundant tunicate plankton with the smallest (65-70 Mbp) non-parasitic, non-extremophile animal genome identified to date. Currently, there are two genomes available for the Bergen (OdB3) and Osaka (OSKA2016) O. dioica laboratory strains. Both assemblies have full genome coverage and high sequence accuracy. However, a chromosome-scale assembly has not yet been achieved. Results Here, we present a chromosome-scale genome assembly (OKI2018_I69) of the Okinawan O. dioica produced using long-read Nanopore and short-read Illumina sequencing data from a single male, combined with Hi-C chromosomal conformation capture data for scaffolding. The OKI2018_I69 assembly has a total length of 64.3 Mbp distributed among 19 scaffolds. 99% of the assembly is in five megabase-scale scaffolds. We found telomeres on both ends of the two largest scaffolds, which represent assemblies of two fully contiguous autosomal chromosomes. Each of the other three large scaffolds have telomeres at one end only and we propose that they correspond to sex chromosomes split into a pseudo-autosomal region and X-specific or Y-specific regions. Indeed, these five scaffolds mostly correspond to equivalent linkage groups of OdB3, suggesting overall agreement in chromosomal organization between the two populations. At a more detailed level, the OKI2018_I69 assembly possesses similar genomic features in gene content and repetitive elements reported for OdB3. The Hi-C map suggests few reciprocal interactions between chromosome arms. At the sequence level, multiple genomic features such as GC content and repetitive elements are distributed differently along the short and long arms of the same chromosome. Conclusions We show that a hybrid approach of integrating multiple sequencing technologies with chromosome conformation information results in an accurate de novo chromosome-scale assembly of O. dioica ’s highly polymorphic genome. This assembly will be a useful resource for genome-wide comparative studies between O. dioica and other species, as well as studies of chromosomal evolution in this lineage.

Abstract Oikopleura dioica is a ubiquitous marine tunicate of biological interest due to features that include dioecious reproduction, short life cycle, and vertebrate-like dorsal notochord while possessing a relatively compact genome. The use of tunicates as model organisms, particularly with these characteristics, offers the advantage of facilitating studies in evolutionary development and furthering understanding of enduring attributes found in the more complex vertebrates. At present, we are undertaking an initiative to sequence the genomes of Oikopleura individuals in populations found among the seas surrounding the Ryukyu Islands in southern Japan. To facilitate and validate genome assemblies, karyotyping was employed to count individual animals’ chromosomes in situ using centromere-specific antibodies directed against H3S28P, a prophase-metaphase cell cycle-specific marker of histone H3. New imaging data of embryos and oocytes stained with two different antibodies were obtained; interpretation of these data lead us to conclude that the Okinawan Oikopleura dioica has three pairs of chromosomes, akin to previous results from genomic assemblies in Atlantic populations. The imaging data have been deposited to the open-access EBI BioImage Archive for reuse while additionally providing representative images of two commercially available anti-H3S28P antibodies’ staining properties for use in epifluorescent and confocal based fluorescent microscopy.

Abstract In order to automate the genome sequencing pipeline in our laboratory, we programmed a dual-arm anthropomorphic robot, the Robotic Biology Institute’s Maholo LabDroid, to perform organic solvent-based genomic DNA extraction from cell lysates. To the best of our knowledge, this is the first time that automation of phenol-chloroform extraction has been reported. We achieved routine extraction of high molecular weight genomic DNA (>100 kb) from diverse biological samples including algae cultured in sea water, bacteria, whole insects, and human cell lines. The results of pulse-field electrophoresis size analysis and the N50 sequencing metrics of reads obtained from Nanopore MinION runs verified the presence of intact DNA suitable for direct sequencing. We present the workflow that can be used to program similar robots and discuss the problems and solutions we encountered in developing the workflow. The protocol can be adapted to analogous methods such as RNA extraction, and there is ongoing work to incorporate further post-extraction steps such as library construction. This work shows the potential for automated robotic workflows to free molecular biological researchers from manual interventions in routine experimental work. A time-lapse movie of the entire automated run can be seen at http://doi.org/10.6084/m9.figshare.17097065

Abstract Eusociality represents a major evolutionary transition that arose independently in at least 12 insect lineages. Despite this prevalence, there remains considerable uncertainty surrounding the catalysing event and underlying genomic changes that enable such modifications. Commonly associated with this evolutionary transition is establishing and maintaining the reproductive division of labour (e.g. a reproductive queen and no-reproductive workers). This division is, at least in part, induced and maintained by highly species-specific pheromones. However, genomic analysis remains conflicted on the role of pheromones in this evolutionary transition. Specifically, if there was co-option of a common pheromone-sensitive genetic pathway present in all progenitor species or strong lineage-specific selection converging on similar transcriptomic signatures. Using a solitary insect model, we sought to determine if various species-specific pheromones induced similar transcriptomic responses, thus activating similar pathways. We measured the transcriptomic and physiological response of a solitary insect, Drosophila melanogaster , to pheromones from bumblebees, honey bees, and termites. Each treatment induced the same strong physiological response - a decreased ovary size. However, employing several methods of transcriptomic analysis, we did not observe conservation in pheromone-mediated gene/pathway regulation. Thus, despite a conserved phenotypic response, the underpinning transcriptome was vastly different. This suggests that pheromone-mediated eusociality is the result of convergent evolution. We propose that mechanisms maintaining eusociality (i.e. proto-pheromone) in early stages of eusocial evolution in each group, thus, acting as a primer for eusociality. This early state is then refined through strong selective pressure, resulting in a converging eusocial phenotype. Visual Abstract Figure 1.

SUMMARY Genes are not randomly distributed throughout chromosomes. How gene order evolves and how selective constraints act to preserve or vary gene order, both at the macrosyntenic level of whole chromosomes or microsyntenic level of gene blocks, are central questions of evolutionary biology and genomics that remain largely unsolved. Here, after sequencing several genomes of the appendicularian tunicate Oikopleura dioica from different locations around the globe, we show an unprecedented amount of genome scrambling in animals with no obvious morphological differences, consistent with cryptic speciation. Our assemblies suggest that all members of this clade possess a common 3-chromosome karyotype, and that different species largely preserve gene content, despite the presence of thousands of rearrangements in gene order. The movements of genes are largely restricted to chromosome arms and sex-specific regions, which appear to be the primary unit of macrosynteny conservation, and examples of these within-arm movements can be seen in the Hox and Fgf gene families. Our approach employing whole-genome alignments demonstrates that segments containing protein-coding elements tend to be preserved at the microsyntenic scale, consistent with strong purifying selection, with appreciably less preservation of non-coding elements. Unexpectedly, scrambling did not preserve operon structure across species, suggesting an absence of selective pressure to maintain operon structure. As well, genome scrambling does not occur uniformly across all chromosomes, as short chromosome arms possess shorter genes, smaller operons, more breakpoints, and elevated dN/dS values compared to long chromosome arms. Estimation of divergence times among the cryptic O. dioica lineages yielded an estimated breakpoint accumulation rate of 6 to 25 breakpoints per megabase per million years, which is an order of magnitude higher than the rates for other ascidian tunicates or Drosophila species. Therefore, O. dioica appears to be an attractive animal system to unravel the mechanisms that underlie gene order and synteny conservation, as well as exploring the limits of genome scrambling without an apparent impact on phenotypic evolution.

Abstract Appendicularian tunicates are some of the most abundant mesozooplankton organisms with key roles in marine trophic webs and global carbon flux. Like most appendicularians with cosmopolitan distributions, Oikopleura dioica Fol, 1872 is considered a single species worldwide based on morphological features that distinguish them from other appendicularians. Despite their abundance however, there are still only ∼70 described appendicularian species, compared with over 2,800 ascidian tunicates. Here we perform a molecular phylogenetic, morphological, and reproductive assessment of O. dioica specimens collected from the Ryukyu Archipelago, mainland Japan, and Europe. The specimens are morphologically very similar, with only detailed examination of the oikoplastic epithelium and quantitative measurements revealing minor distinguishing characteristics. Phylogenetic analyses of the ribosomal gene loci and mitochondrial cytochrome oxidase I (COI) gene strongly indicate that they form three separate genetic clades despite their morphological similarities. Finally, in vitro crosses between the Ryukyu and mainland Japanese specimens show total prezygotic reproductive isolation. Our results reveal that the current taxonomic O. dioic a classification likely hides multiple cryptic species, highlighting the genetic diversity and complexity of their population structures. Cryptic organisms are often hidden under a single species name because their morphological similarities make them difficult to disinguish and their correct identification is fundamental to understanding Earth’s biodiversity. O. dioica is an attractive model to understand how morphological conservation can be maintained despite pronounced genetic divergence.

TPS3174 Background: Double-stranded DNA breaks (DSBs) in human cells are typically repaired via nonhomologous end joining (NHEJ) or homologous recombination (HR). Deficiency of HR-mediated DNA repair plays a role in the initiation and progression of many tumor types. In tumors with HR deficiency, PARP inhibition leads to generation of DSBs that cannot be effectively repaired because of the HR defect, resulting in synthetic lethality. This finding has led to the clinical development and approval of several PARPi for the treatment of various tumors including certain ovarian, breast, prostate, and pancreatic cancers that are prone to display HR deficiency (HRd). DNA polymerase theta (encoded by POLQ) mediates an alternative DNA repair mechanism, microhomology-mediated end joining (MMEJ). DNA polymerase theta is generally not detectable in normal tissues but is upregulated in many tumor types. In preclinical studies, POLQi plus PARPi treatment demonstrated superior efficacy to PARPi alone in preventing the growth of HRd tumors. To evaluate the clinical potential of combining POLQi and PARPi, this first-in-human study investigates treatment with GSK4524101, an investigational POLQi, with or without the PARPi niraparib, in patients with solid tumors. Methods: This open-label, multicenter, phase 1/2 study (NCT06077877) opened in October 2023 and comprises dose-finding (part 1, including a food-effect cohort) and dose-expansion (part 2) parts. This trial aims to assess the maximum-tolerated dose, pharmacokinetics, safety, and preliminary antitumor activity of oral GSK4524101 with or without niraparib. The primary endpoints are safety (part 1) and confirmed objective response rate (part 2). Secondary endpoints include pharmacokinetics, safety, progression-free survival (part 2), and response duration (part 2). Up to 135 patients may be enrolled. To be eligible, patients must be aged ≥18 years; have an advanced or metastatic solid tumor, an Eastern Cooperative Oncology Group performance status score of 0–2, and a life expectancy of ≥3 months; and have exhausted all standard treatment options. Individuals are ineligible if they have not recovered from chemotherapy-associated adverse events or have symptomatic uncontrolled brain or leptomeningeal metastases, a history of myelodysplastic syndrome or acute myeloid leukemia, uncontrolled hypertension, or a second malignancy that has progressed or required active treatment in the previous 2 years. The study is actively recruiting in the US and Canada; as of January 1, 2024, 1 patient has been dosed. Patients enrolled in part 1 will receive GSK4524101 alone or GSK4524101 plus niraparib; patients enrolled in part 2 will be randomized to either GSK4524101 plus niraparib or niraparib alone. Part 1 of this study is expected to complete in 2025. Data presented on behalf of the original authors with their permission. Presented at the American Association for Cancer Research (AACR) Annual Meeting 2024; April 5-10, 2024; San Diego, CA. Final publication number: 9686. Reused with permission. Clinical trial information: NCT06077877 .