Vitellogenin (Vtg), a yolk nutrient protein that is synthesized in the livers of female animals, and subsequently carried into the ovary, contributes to vitellogenesis in oviparous animals. Thus, Vtg levels are elevated during oogenesis. In contrast, Vtg have been genetically lost in viviparous mammals, thus the yolk protein is not involved in their oogenesis and embryonic development. In this study, we identified Vtg protein in the livers of females during the gestation of the viviparous teleost, Xenotoca eiseni . Although vitellogenesis is arrested during gestation, biochemical assays revealed that Vtg protein was present in ovarian tissues and lumen fluid. The Vtg protein was also detected in the trophotaenia of the intraovarian embryo. Immunoelectron microscopy revealed that Vtg protein is absorbed into intracellular vesicles in the epithelial cells of the trophotaenia. Furthermore, extraneous Vtg protein injected into the abdominal cavity of a pregnant female was subsequently detected in the trophotaenia of the intraovarian embryo. Our data suggest that the yolk protein is one of the matrotrophic factors supplied from the mother to the intraovarian embryo during gestation in X. eiseni . To our knowledge, this is the first report of the experimental verification of mother-to-embryo substance transport in a viviparous teleost.

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.