Genic characterization of "Living Fossil" Latimeria menadoensis

Coelacanthiformes are living fossils that constitute the likely missing link between fishes and tetrapods. Nowadays, there have been identified only two extant species of coelacanths, the African one, Latimeria chalumnae, and the Indonesian species, Latimeria menadoensis. Two specimens of Latimeria menadoensis, a female and a male, recently captured in northern Sulawesi Sea (May 2007 and September 2009) were analyzed in a research collaboration between the Università Politecnica delle Marche and the University of Sam Ratulangi in Manado (Indonesia ). The DNA content (C-value) of Latimeria menadoensis measured by Flow Cytometry (3.47 pg/cell) is quite similar to the DNA content of Latimeria chalumnae previously reported. The DNA methylation was evaluated by High Performance Liquid Chromatography (HPLC): the percentage of cytosine methylated (5mC) was 1.25% and the percentage of GC was 41.8%. Latimeria menadoensis has a high C-value and a low methylation level respect to other fishes. 18S rDNA and histone (H3) genes were sequenced and analyzed from the genomic DNA. The sequences confirmed the close evolutive relationship between the Indonesian and the African species. Both the genes were used to build phylogenetic trees in which the two coelacanths, L. menadoensis and L. chalumnae, appear close to tetrapods. In order to set a more precise analysis, also the histone (H3) gene of Protopterus aethiopicus (an African lungfish) and Polypterus senegalus (Bichir) has been determined. To better understand the relationship between Latimeria and the tetrapods, two specific mRNA sequences, vitellogenin AB (the yolk precursor) and DMRT1 (a transcription factor involved in sexual differentiation), were also evaluated. The phylogenetic trees of these two partial mRNA sequences show again a close relationship of L. menadoensis to tetrapods. The coelacanth sequences shed light on characteristics that are useful for deciphering features of tetrapod genomes, and also provide a unique vantage point for viewing the evolutionary history.

I celacantiformi sono fossili viventi che costituiscono il probabile anello mancante tra pesci e tetrapodi. Ad oggi sono state identificate solo due specie superstiti di celacanti, quella africana, Latimeria chalumnae, e la specie indonesiana, Latimeria menadoensis. Due esemplari di Latimeria menadoensis, una femmina ed un maschio, recentemente catturati nella parte settentrionale del mare di Sulawesi (Maggio 2007 e Settembre 2009) sono stati analizzati in un progetto di collaborazione di ricerca tra l’Università Politecnica delle Marche e la Sam Ratulangi University di Manado (Indonesia). Il contenuto di DNA (C-value) di Latimeria menadoensis (3.47 pg/cell), misurato con la citofluorimetria di flusso è molto prossimo ai valori del contenuto di DNA della Latimeria chalumnae precedentemente riportati. La metilazione del DNA è stata valutata con cromatografia liquida ad alta pressione (HPLC): la percentuale di citosine metilate (5mC) raggiunge l’1.25% e la percentuale di GC il 41.8%. Latimeria menadoensis presenta un elevato C-value e un basso valore di metilazione rispetto a quelli degli altri pesci. I geni 18S rDNA e l’istone 3 (H3) sono stati sequenziati ed analizzati a partire dal DNA genomico. Le sequenze hanno confermato la stretta relazione evolutiva tra la specie indonesiana e la specie africana. Entrambi i geni sono stati usati per costruire alberi filogenetici in cui i due celacanti, L. menadoensis e L. chalumnae, appaiono vicini ai tetrapodi. Inoltre, al fine di rendere l’analisi più precisa anche l’H3 di Protopterus aethiopicus (un pesce polmonato africano) e di Polypterus senegalus (bichir) sono stati determinati. Per comprendere meglio le relazioni tra Latimeria ed i tetrapodi, inoltre, sono state valutate le sequenze di due specifici mRNA, la vitellogenina AB (precursore del vitello) e DMRT1 (un fattore di trascrizione coinvolto nel differenziamento sessuale). Gli alberi filogenetici di queste due parziali sequenze di mRNA mostrano ancora la stretta relazione tra L. menadoensis ed i tetrapodi. Le sequenze del celacanto fanno luce su caratteristiche utili per decifrare i genomi dei tetrapodi fornendo al contempo un punto d’osservazione privilegiato per indagare la storia evolutiva.