Ciona intestinalis is considered a widespread and easily recognizable tunicate, the sister group of vertebrates. In recent years, molecular studies suggested that C. intestinalis includes at least two cryptic species, named ‘type A’ and ‘type B’, morphologically indistinguishable. It is dramatic to certify that two different species may be hidden under the name of a species widely used as a model species in biological researches. This raised the problem of identifying diagnostic morphological characters capable of distinguishing these types. We compared the morphology of specimens belonging to the two types and found that only type A specimens possess tunic tubercular prominences, allowing unambiguous discrimination. Remarkably, these structures were already described as distinctive of the Japanese species Ciona robusta, Hoshino and Tokioka, 1967; later synonymized under C. intestinalis (sensu Millar, 1953). In this study, we have confirmed that C. intestinalis type A corresponds to C. robusta. Based on the geographic distribution of C. intestinalis type B, and considering that the original C. intestinalis species was described from North European waters, we determined that C. intestinalis type B corresponds to C. intestinalis as described by Millar in 1953 and possibly to Linnaeus' Ascidia intestinalis L., 1767 for which we have deposited a neotype (from Roscoff, France) and for which we retain the name Ciona intestinalis (Linnaeus, 1767).

ABSTRACT Loss of the brain’s functional ability is a common symptom of aging and neurodegenerative diseases 1,2 . While the genetic and molecular mechanisms underlying human neurodegeneration are studied in-depth 3–6 , very little is known about the evolutionary origin of these traits and their involvement in loss of nervous system function in aged invertebrate species. Here we study evolutionarily conserved elements of brain degeneration using the colonial chordate model species Botryllus schlosseri. B. schlosseri reproduces both sexually and asexually 7 , with adult brains regenerating and degenerating multiple times throughout its adult life. Combining microscopy, transcriptomics and behavioral assays, we characterized adult brains from diverse stages and ages. We found that the number of neurons fluctuates each week, reaching a maximum of ∼1000 cells, and thereafter decreasing while the number of immunocytes increases. Comparing the number of neurons in the adult brains of young and old colonies, we found that older brains are smaller and contain fewer cells. Both during weekly degeneration cycles and overall with age, the decrease in neuron number correlates with reduced response to stimuli and with significant changes in the expression of genes with mammalian homologs associated with neural stem cells and neurodegenerative pathways. These results suggest persistent neural stem cell activity across ages and that cellular and molecular mechanisms of neurodegeneration are evolutionary conserved between tunicates and humans.

Summary Central nervous system (CNS) regeneration extent is highly diverse across the metazoans, with adult mammals demonstrating limited ability 1,2 . Understanding how neurons regenerate following injury remains a central challenge in regenerative medicine. Although conserved pathways associated with neural regeneration have been identified 3,4 , a study describing the stepwise morphogenetic changes that take place throughout a complete CNS regeneration is lacking. Utilizing the highly regenerative tunicate model Polycarpa mytiligera 5 , we characterized the morphological, cell proliferation, and transcriptomic dynamics that lead to entire CNS regeneration. The regenerated CNS of adult P. mytiligera expressed key neurodevelopmental markers that are not otherwise present in the adult CNS. Removal of the entire CNS resulted in high cell proliferation in the regenerated area. Transcriptome analysis revealed enhanced stem-cell related gene activity, with high expression of P53 and piRNA pathways preceding the activation of Notch, Wnt, and Nanos pathways. The CNS regeneration atlas created here depicts the transcriptomic landscape of the entire CNS regeneration process, revealing the core pathways that regulate neuronal response to injury, and the regeneration stage at which they are most pronounced. The molecular and cellular mechanisms controlling regenerative capacity that this atlas reveals could be used to develop approaches to enhancing neurogenesis in closely-related chordate species, including humans.

Abstract Stem cell niches are defined as the microenvironments where stem cells home, receiving stimuli defining their fate. In vertebrates, stem cell niches are stable and physically confined compartments. Botryllus schlosseri is an invertebrate colonial chordate where temporary stem cell niches have been identified in adult individuals that are cyclically resorbed and replaced by a new generation of clonal zooids. B. schlosseri also displays remarkable regenerative abilities, being capable of whole-body regeneration, but the cellular source of these processes is still unknown. Here we identified by means of a high-resolution morphological characterization a new putative stem cell niche in the ampullae of the circulatory system acting as a stem cell source during asexual reproduction. Stem cells of the ampullae travel via the circulatory system and contribute to the development of several organs and could explain where stem cells contributing to whole-body regeneration are stored. The ampullae niches are stable during the life cycle and regeneration of B. schlosseri , while additional niches of the zooid are dynamically established and colonised by circulating stem cells. Our results reveal an unprecedented dynamicity of stem cell niches in highly regenerative invertebrates.

Abstract Ciona robusta ( Ciona intestinalis type A), a model organism for biological studies, belongs to ascidians, the main class of tunicates, which are the closest relatives of vertebrates. In Ciona , a project on the ontology of both development and anatomy is ongoing for several years. Its goal is to standardize a resource relating each anatomical structure to developmental stages. Today, the ontology is codified until the hatching larva stage. Here, we present its extension throughout the swimming larva stages, the metamorphosis, until the juvenile stages. For standardizing the developmental ontology, we acquired different time-lapse movies, confocal microscope images and histological serial section images for each developmental event from the hatching larva stage (17.5 hour post fertilization) to the juvenile stage (7 days post fertilization). Combining these data, we defined 12 new distinct developmental stages (from Stage 26 to Stage 37), in addition to the previously defined 26 stages, referred to embryonic development. The new stages were grouped into four Periods named: Adhesion, Tail Absorption, Body Axis Rotation, and Juvenile. To build the anatomical ontology, 203 anatomical entities were identified, defined according to the literature, and annotated, taking advantage from the high resolution and the complementary information obtained from confocal microscopy and histology. The ontology describes the anatomical entities in hierarchical levels, from the cell level (cell lineage) to the tissue/organ level. Comparing the number of entities during development, we found two rounds on entity increase: in addition to the one occurring after fertilization, there is a second one during the Body Axis Rotation Period, when juvenile structures appear. Vice versa, one-third of anatomical entities associated with the embryo/larval life were significantly reduced at the beginning of metamorphosis. Data was finally integrated within the web-based resource “TunicAnatO”, which includes a number of anatomical images and a dictionary with synonyms. This ontology will allow the standardization of data underpinning an accurate annotation of gene expression and the comprehension of mechanisms of differentiation. It will help in understanding the emergence of elaborated structures during both embryogenesis and metamorphosis, shedding light on tissue degeneration and differentiation occurring at metamorphosis.

Hematopoiesis is an essential process that evolved in multicellular animals. At the heart of this process are hematopoietic stem cells (HSCs), which are multipotent, self-renewing and generate the entire repertoire of blood and immune cells throughout life. Here we studied the hematopoietic system of Botryllus schlosseri, a colonial tunicate that has vasculature, circulating blood cells, and interesting characteristics of stem cell biology and immunity. Self-recognition between genetically compatible B. schlosseri colonies leads to the formation of natural parabionts with shared circulation, whereas incompatible colonies reject each other. Using flow-cytometry, whole-transcriptome sequencing of defined cell populations, and diverse functional assays, we identified HSCs, progenitors, immune-effector cells, the HSC niche, and demonstrated that self-recognition inhibits cytotoxic reaction. Our study implies that the HSC and myeloid lineages emerged in a common ancestor of tunicates and vertebrates and suggests that hematopoietic bone marrow and the B. schlosseri endostyle niche evolved from the same origin.

In this work, the authors proposed a novel and interesting animal model for studying human neurodegenerative diseases, Botryllus schlosseri, a small invertebrate inhabiting temperate seas worldwide, which shares remarkable similarities with mammals in the expression of genes involved in pathological aging.

All chordates, including urochordates such as tunicates, develop through embryogenesis. The chordate larvae of colonial tunicates metamorphose to lose all chordate structures such as notochord, neural tube, segmented musculature, and then develop by asexual reproduction [blastogenesis], whereby stem cells form tissues and organs. These two developmental pathways establish the same body axis, morphogenetic patterning and organ formation. It is unknown if this convergent morphology implies convergent cellular and molecular mechanisms, and whether the stem cells that mediate these processes differ. Using the colonial tunicate Botryllus schlosseri, we combined transcriptome sequencing and multiple microscopy techniques to study the molecular and morphological signatures of cells at each developmental stage of embryogenesis and blastogenesis. This revealed that the molecular programs are distinct, but the blastogenic tissue-specific stem cells and embryonic precursor populations share similar molecular profiles. By comparing embryogenesis in other chordates we found shared developmental principles, highlighting transcription factors as key evolutionary conserved elements. This study establishes a platform for advancing the science of stem cell biology and regulation of development and regeneration.