Life out of water: Genomic and physiological mechanisms underlying skin phenotypic plasticity
Notice bibliographique
Résumé
Abstract The Devonian radiation of vertebrates from aquatic into terrestrial habitats required behavioral, physiological, and morphological adaptations. Changes to skin structure and function were likely crucial, but adaptations were needed to resolve contrasting demands of maintaining a mechanical and physiological barrier while also facilitating ion and gas transport. Little is known of the mechanisms that underlie skin plasticity and adaptation between water and air. We performed experiments using two isogenic lineages of an amphibious killifish ( Kryptolebias marmoratus from brackish and freshwater habitats) and used transcriptional and morphological data to reveal mechanisms recruited to resolve the dual challenges of skin providing both a barrier and an exchange interface during terrestrial acclimation. Transcriptional regulators of skin morphogenesis were quickly activated upon emersion. Regulation of cell-cell adhesion complexes, coupled with pathways homologous with those that regulate stratum corneum formation, was consistent with barrier function and mechanical reinforcement. Cutaneous respiration was associated with regulation of angiogenesis pathways and with blood vessel architecture that facilitated extremely short diffusion distances and direct delivery to ionocyotes. Evolutionary analyses revealed directional selection operating on proteins involved in barrier and respiratory functions, reinforcing the importance of these mechanisms for enabling the amphibious lifestyle of K. marmoratus . Fish from brackish niches were more resilient to emersion and also differed from freshwater fish in ionoregulatory responses to emersion. We conclude that plasticity of barrier, respiratory, and ionoregulatory functions in skin evolved to support the amphibious lifestyle of K. marmoratus ; similar processes may have facilitated the terrestrial radiation of ancient fishes. Significance statement The transition of vertebrate life from water to land coincided with solving multiple physiological challenges including avoiding drying out while also exchanging gases and ions with the environment. Though changes in the skin were likely important, little is known of the mechanisms that underlie skin flexibility and adaptation between water and air. We performed air exposure experiments with an amphibious killifish; gene expression profiling, microscopy, and evolutionary analysis of proteins revealed cell structures, proteins, and molecular pathways that support skin flexibility and adaptations during air exposure, and ion regulation contributed to differences in killifish abilities to adjust to air. Amphibious killifish are useful models to help us understand changes that enable water to air transitions in contemporary and ancient fishes.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».