Salamanders, frog tadpoles and diverse lizards have the remarkable ability to regenerate tails. Palaeontological data suggest that this capacity is plesiomorphic, yet when the developmental and genetic architecture of tail regeneration arose is poorly understood. Here, we show morphological and molecular hallmarks of tetrapod tail regeneration in the West African lungfish Protopterus annectens, a living representative of the sister group of tetrapods. As in salamanders, lungfish tail regeneration occurs via the formation of a proliferative blastema and restores original structures, including muscle, skeleton and spinal cord. In contrast with lizards and similar to salamanders and frogs, lungfish regenerate spinal cord neurons and reconstitute dorsoventral patterning of the tail. Similar to salamander and frog tadpoles, Shh is required for lungfish tail regeneration. Through RNA-seq analysis of uninjured and regenerating tail blastema, we show that the genetic programme deployed during lungfish tail regeneration maintains extensive overlap with that of tetrapods, with the upregulation of genes and signalling pathways previously implicated in amphibian and lizard tail regeneration. Furthermore, the lungfish tail blastema showed marked upregulation of genes encoding post-transcriptional RNA processing components and transposon-derived genes. Our results show that the developmental processes and genetic programme of tetrapod tail regeneration were present at least near the base of the sarcopterygian clade and establish the lungfish as a valuable research system for regenerative biology.

中文翻译：

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西非肺鱼的蝾螈状尾巴再生

蝾螈、青蛙蝌蚪和各种蜥蜴具有再生尾巴的非凡能力。古生物学数据表明，这种能力是拟形的，但对尾巴再生的发育和遗传结构何时出现却知之甚少。在这里，我们展示了西非肺鱼 Protopterus annectens 中四足动物尾部再生的形态和分子特征，这是四足动物姐妹群的活代表。与蝾螈一样，肺鱼尾部再生是通过增殖胚芽的形成并恢复原始结构，包括肌肉、骨骼和脊髓而发生的。与蜥蜴相反，与蝾螈和青蛙相似，肺鱼再生脊髓神经元并重建尾部的背腹图案。类似于蝾螈和青蛙蝌蚪，肺鱼尾部再生需要嘘声。通过对未受伤和再生尾部胚泡的 RNA-seq 分析，我们表明肺鱼尾部再生过程中部署的遗传程序与四足动物的遗传程序保持广泛重叠，先前与两栖动物和蜥蜴尾巴再生有关的基因和信号通路的上调。此外，肺鱼尾部胚细胞显示编码转录后 RNA 加工成分和转座子衍生基因的基因显着上调。我们的研究结果表明，四足动物尾部再生的发育过程和遗传程序至少存在于肉翅目进化枝的基部附近，并将肺鱼确立为再生生物学的宝贵研究系统。通过对未受伤和再生尾部胚泡的 RNA-seq 分析，我们表明肺鱼尾部再生过程中部署的遗传程序与四足动物的遗传程序保持广泛重叠，先前与两栖动物和蜥蜴尾巴再生有关的基因和信号通路的上调。此外，肺鱼尾部胚细胞显示编码转录后 RNA 加工成分和转座子衍生基因的基因显着上调。我们的研究结果表明，四足动物尾部再生的发育过程和遗传程序至少存在于肉翅目进化枝的基部附近，并将肺鱼确立为再生生物学的宝贵研究系统。通过对未受伤和再生尾部胚泡的 RNA-seq 分析，我们表明肺鱼尾部再生过程中部署的遗传程序与四足动物的遗传程序保持广泛重叠，先前与两栖动物和蜥蜴尾巴再生有关的基因和信号通路的上调。此外，肺鱼尾部胚细胞显示编码转录后 RNA 加工成分和转座子衍生基因的基因显着上调。我们的研究结果表明，四足动物尾部再生的发育过程和遗传程序至少存在于肉翅目进化枝的基部附近，并将肺鱼确立为再生生物学的宝贵研究系统。我们表明，肺鱼尾部再生过程中部署的遗传程序与四足动物的遗传程序保持广泛的重叠，先前与两栖动物和蜥蜴尾巴再生有关的基因和信号通路的上调。此外，肺鱼尾部胚细胞显示编码转录后 RNA 加工成分和转座子衍生基因的基因显着上调。我们的研究结果表明，四足动物尾部再生的发育过程和遗传程序至少存在于肉翅目进化枝的基部附近，并将肺鱼确立为再生生物学的宝贵研究系统。我们表明，肺鱼尾部再生过程中部署的遗传程序与四足动物的遗传程序保持广泛的重叠，先前与两栖动物和蜥蜴尾巴再生有关的基因和信号通路的上调。此外，肺鱼尾部胚细胞显示编码转录后 RNA 加工成分和转座子衍生基因的基因显着上调。我们的研究结果表明，四足动物尾部再生的发育过程和遗传程序至少存在于肉翅目进化枝的基部附近，并将肺鱼确立为再生生物学的宝贵研究系统。肺鱼尾部胚细胞显示编码转录后 RNA 加工成分和转座子衍生基因的基因显着上调。我们的研究结果表明，四足动物尾部再生的发育过程和遗传程序至少存在于肉翅目进化枝的基部附近，并将肺鱼确立为再生生物学的宝贵研究系统。肺鱼尾部胚细胞显示编码转录后 RNA 加工成分和转座子衍生基因的基因显着上调。我们的研究结果表明，四足动物尾巴再生的发育过程和遗传程序至少存在于肉翅目进化枝的基部附近，并将肺鱼确立为再生生物学的宝贵研究系统。