The medaka fish (Oryzias latipes) is a popular pet in Japan and more recently a laboratory model organism for developmental genetics and evolutionary biology. Now the medaka's genome has been sequenced and analysed by a large Japanese consortium. Cichlids and stickleback, which are emerging model systems for understanding the genetic basis of vertebrate speciation, are evolutionarily closer to medaka than zebrafish, so the medaka's genome sequence will yield valuable insights into 400 million years of vertebrate genome evolution. The medaka fish (Oryzias latipes) has long been a popular pet in Japan and more recently a laboratory model organism; it now has its genome sequenced and analysed by a Japanese consortium. Teleosts comprise more than half of all vertebrate species and have adapted to a variety of marine and freshwater habitats1. Their genome evolution and diversification are important subjects for the understanding of vertebrate evolution. Although draft genome sequences of two pufferfishes have been published2,3, analysis of more fish genomes is desirable. Here we report a high-quality draft genome sequence of a small egg-laying freshwater teleost, medaka (Oryzias latipes). Medaka is native to East Asia and an excellent model system for a wide range of biology, including ecotoxicology, carcinogenesis, sex determination4,5,6 and developmental genetics7. In the assembled medaka genome (700 megabases), which is less than half of the zebrafish genome, we predicted 20,141 genes, including ∼2,900 new genes, using 5′-end serial analysis of gene expression tag information. We found single nucleotide polymorphisms (SNPs) at an average rate of 3.42% between the two inbred strains derived from two regional populations; this is the highest SNP rate seen in any vertebrate species. Analyses based on the dense SNP information show a strict genetic separation of 4 million years (Myr) between the two populations, and suggest that differential selective pressures acted on specific gene categories. Four-way comparisons with the human, pufferfish (Tetraodon), zebrafish and medaka genomes revealed that eight major interchromosomal rearrangements took place in a remarkably short period of ∼50 Myr after the whole-genome duplication event in the teleost ancestor and afterwards, intriguingly, the medaka genome preserved its ancestral karyotype for more than 300 Myr.

Abstract The left-right symmetry breaking of vertebrate embryos requires fluid flow (called nodal flow in zebrafish). However, the molecular mechanisms that mediate the asymmetric gene expression regulation under nodal flow remain elusive. In this paper, we report that heat shock factor 1 (HSF1) is asymmetrically activated in the Kuppfer’s vesicle at the early stage of zebrafish embryos in the presence of nodal flow. Deficiency in HSF1 expression caused a significant situs inversus and disrupted gene expression asymmetry of nodal signaling proteins in zebrafish embryos. Further studies demonstrated that HSF1 could be immediately activated by fluid shear stress. The mechanical sensation ability of HSF1 is conserved in a variety of mechanical stimuli in different cell types. Moreover, cilia and the Ca 2+ -Akt signaling axis are essential for the activation of HSF1 under mechanical stress in vitro and in vivo . Considering the conserved expression of HSF1 in organisms, these findings unveil a fundamental mechanism of gene expression regulation triggered by mechanical clues during embryonic development and other physiological and pathological transformations.

Molecular chaperones promote the folding and macromolecular assembly of a diverse set of substrate 'client' proteins. How the ubiquitous chaperone machinery directs its activities towards a specific set of substrates and whether this selectivity could be targeted for therapeutic intervention is of intense research. Through the use of mouse genetics, imaging and quantitative proteomics we uncover that ZMYND10 is a novel co-chaperone for the FKBP8-HSP90 chaperone complex during the biosynthesis of axonemal dynein heavy chains required for cilia motility. In the absence of ZMYND10, defects in dynein heavy chains trigger broader dynein motor degradation. We show that FKBP8 inhibition phenocopies dynein motor instability in airway cells, and human disease-causing variants of ZMYND10 disrupt its ability to act as FKBP8-HSP90 co-chaperone. Our study indicates that the motile ciliopathy Primary Ciliary Dyskinesia (PCD) should be considered a cell-type specific protein-misfolding disease and opens the potential for rational drug design that could restore specificity to the ubiquitous chaperone apparatus towards dynein subunits.

Genome architecture plays a critical role in gene regulation, but how the structures seen in mature cells emerge during embryonic development remains poorly understood. Here, we study early development in medaka (the Japanese killifish, Oryzias latipes) at 12 time points before, during, and after gastrulation which is the most dramatic event in early embryogenesis, and characterize transcription, protein binding, and genome architecture. We find that gastrulation is most associated with drastic changes in genome architecture, including the formation of the first loops between sites bound by the insulator protein CTCF and great increase in the size of contact domains. However, the position of CTCF is fixed throughout medaka embryogenesis. Interestingly, genome-wide transcription precedes the emergence of mature domains and CTCF-CTCF loops.

Abstract The dorsal axial muscles, or epaxial muscles, are a fundamental structure covering the spinal cord and vertebrae, as well as mobilizing the vertebrate trunk. To date, mechanisms underlying the morphogenetic process shaping the epaxial myotome are largely unknown. To address this, we used the medaka zic1/zic4 -enhancer mutant Double anal fin ( Da ), which exhibits ventralized dorsal trunk structures resulting in impaired epaxial myotome morphology and incomplete coverage over the neural tube. In wild type, dorsal dermomyotome (DM) cells, progenitors of myotomal cells, reduce their proliferative activity after somitogenesis and subsequently form unique large protrusions extending dorsally, potentially guiding the epaxial myotome dorsally. In Da , by contrast, DM cells maintain the high proliferative activity and form mainly small protrusions. By combining RNA- and ChIP-sequencing analyses, we revealed direct targets of Zic1 which are specifically expressed in dorsal somites and involved in various aspects of development, such as cell migration, extracellular matrix organization and cell-cell communication. Among these, we identified wnt11r as a crucial factor regulating both cell proliferation and protrusive activity of DM cells. We propose that the dorsal movement of the epaxial myotome is guided by DM cells and that Zic1 empowers this activity via Wnt11r to achieve the neural tube coverage.