Botryllus schlosseri is a colonial urochordate that follows the chordate plan of development following sexual reproduction, but invokes a stem cell-mediated budding program during subsequent rounds of asexual reproduction. As urochordates are considered to be the closest living invertebrate relatives of vertebrates, they are ideal subjects for whole genome sequence analyses. Using a novel method for high-throughput sequencing of eukaryotic genomes, we sequenced and assembled 580 Mbp of the B. schlosseri genome. The genome assembly is comprised of nearly 14,000 intron-containing predicted genes, and 13,500 intron-less predicted genes, 40% of which could be confidently parceled into 13 (of 16 haploid) chromosomes. A comparison of homologous genes between B. schlosseri and other diverse taxonomic groups revealed genomic events underlying the evolution of vertebrates and lymphoid-mediated immunity. The B. schlosseri genome is a community resource for studying alternative modes of reproduction, natural transplantation reactions, and stem cell-mediated regeneration.

Abstract Expression levels of circadian clock genes, which regulate 24-hour rhythms of behavior and physiology, have been shown to change with age. However, a study holistically linking aging and circadian gene expression is missing. Using the colonial chordate Botryllus schlosseri , we combined transcriptome sequencing and stem cell-mediated aging phenomena to test how circadian gene expression changes with age. This revealed that B. schlosseri clock and clock-controlled genes oscillate organism-wide, with daily, age-specific amplitudes and frequencies. These age-related, circadian patterns persist at the tissue level, where dramatic variations in cyclic gene expression of tissue profiles link to morphological and cellular aging phenotypes. Similar cyclical expression differences were found in hundreds of pathways associated with known hallmarks of aging, as well as pathways that were not previously linked to aging. The atlas we developed points to alterations in circadian gene expression as a key regulator of aging. One Sentence Summary The Ticking Clock: Systemic changes in circadian gene expression correlates with wide-ranging phenotypes of 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.

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.