A phylogenomics approach to resolving fungal evolution, and phylogenetic method development

Bien que les champignons soient régulièrement utilisés comme modèle d'étude des systèmes eucaryotes, leurs relations phylogénétiques soulèvent encore des questions controversées. Parmi celles-ci, la classification des zygomycètes reste inconsistante. Ils sont potentiellement paraphylétiques, i.e. regroupent de lignées fongiques non directement affiliées. La position phylogénétique du genre Schizosaccharomyces est aussi controversée: appartient-il aux Taphrinomycotina (précédemment connus comme archiascomycetes) comme prédit par l'analyse de gènes nucléaires, ou est-il plutôt relié aux Saccharomycotina (levures bourgeonnantes) tel que le suggère la phylogénie mitochondriale? Une autre question concerne la position phylogénétique des nucléariides, un groupe d'eucaryotes amiboïdes que l'on suppose étroitement relié aux champignons. Des analyses multi-gènes réalisées antérieurement n'ont pu conclure, étant donné le choix d'un nombre réduit de taxons et l'utilisation de six gènes nucléaires seulement. Nous avons abordé ces questions par le biais d'inférences phylogénétiques et tests statistiques appliqués à des assemblages de données phylogénomiques nucléaires et mitochondriales. D'après nos résultats, les zygomycètes sont paraphylétiques (Chapitre 2) bien que le signal phylogénétique issu du jeu de données mitochondriales disponibles est insuffisant pour résoudre l'ordre de cet embranchement avec une confiance statistique significative. Dans le Chapitre 3, nous montrons à l'aide d'un jeu de données nucléaires important (plus de cent protéines) et avec supports statistiques concluants, que le genre Schizosaccharomyces appartient aux Taphrinomycotina. De plus, nous démontrons que le regroupement conflictuel des Schizosaccharomyces avec les Saccharomycotina, venant des données mitochondriales, est le résultat d'un type d'erreur phylogénétique connu: l'attraction des longues branches (ALB), un artéfact menant au regroupement d'espèces dont le taux d'évolution rapide n'est pas représentatif de leur véritable position dans l'arbre phylogénétique. Dans le Chapitre 4, en utilisant encore un important jeu de données nucléaires, nous démontrons avec support statistique significatif que les nucleariides constituent le groupe lié de plus près aux champignons. Nous confirmons aussi la paraphylie des zygomycètes traditionnels tel que suggéré précédemment, avec support statistique significatif, bien que ne pouvant placer tous les membres du groupe avec confiance. Nos résultats remettent en cause des aspects d'une récente reclassification taxonomique des zygomycètes et de leurs voisins, les chytridiomycètes. Contrer ou minimiser les artéfacts phylogénétiques telle l'attraction des longues branches (ALB) constitue une question récurrente majeure. Dans ce sens, nous avons développé une nouvelle méthode (Chapitre 5) qui identifie et élimine dans une séquence les sites présentant une grande variation du taux d'évolution (sites fortement hétérotaches - sites HH); ces sites sont connus comme contribuant significativement au phénomène d'ALB. Notre méthode est basée sur un test de rapport de vraisemblance (likelihood ratio test, LRT). Deux jeux de données publiés précédemment sont utilisés pour démontrer que le retrait graduel des sites HH chez les espèces à évolution accélérée (sensibles à l'ALB) augmente significativement le support pour la topologie « vraie » attendue, et ce, de façon plus efficace comparée à d'autres méthodes publiées de retrait de sites de séquences. Néanmoins, et de façon générale, la manipulation de données préalable à l'analyse est loin d’être idéale. Les développements futurs devront viser l'intégration de l'identification et la pondération des sites HH au processus d'inférence phylogénétique lui-même.

Modeling protein evolution using secondary structures

L’évolution des protéines est un domaine important de la recherche en bioinformatique et catalyse l'intérêt de trouver des outils d'alignement qui peuvent être utilisés de manière fiable et modéliser avec précision l'évolution d'une famille de protéines. TM-Align (Zhang and Skolnick, 2005) est considéré comme l'outil idéal pour une telle tâche, en termes de rapidité et de précision. Par conséquent, dans cette étude, TM-Align a été utilisé comme point de référence pour faciliter la détection des autres outils d'alignement qui sont en mesure de préciser l'évolution des protéines. En parallèle, nous avons élargi l'actuel outil d'exploration de structures secondaires de protéines, Helix Explorer (Marrakchi, 2006), afin qu'il puisse également être utilisé comme un outil pour la modélisation de l'évolution des protéines.

The evolution of inter-genomic variation in arbuscular mycorrhizal fungi

Contexte: Les champignons mycorhiziens à arbuscules (AMF) établissent des relations symbiotiques avec la plupart des plantes grâce à leurs réseaux d’hyphes qui s’associent avec les racines de leurs hôtes. De précédentes études ont révélé des niveaux de variation génétique extrêmes pour des loci spécifiques permettant de supposer que les AMF peuvent contenir des milliers de noyaux génétiquement divergents dans un même cytoplasme. Si aucun processus de reproduction sexuée n’a jusqu’ici été observé chez ces mycorhizes, on constate cependant que des niveaux élevés de variation génétique peuvent être maintenus à la fois par l’échange de noyaux entre hyphes et par des processus fréquents de recombinaison entre noyaux. Les AMF se propagent par l’intermédiaire de spores qui contiennent chacune un échantillon d’une population initiale de noyaux hétérogènes, directement hérités du mycélium parent. À notre connaissance les AMF sont les seuls organismes qui ne passent jamais par un stade mononucléaire, ce qui permet aux noyaux de diverger génétiquement dans un même cytoplasme. Ces aspects singuliers de la biologie des AMF rendent l’estimation de leur diversité génétique problématique. Ceci constitue un défi majeur pour les écologistes sur le terrain mais également pour les biologistes moléculaires dans leur laboratoire. Au-delà même des problématiques de diversité spécifique, l’amplitude du polymorphisme entre noyaux mycorhiziens est mal connue. Le travail proposé dans ce manuscrit de thèse explore donc les différents aspects de l’architecture génomique singulière des AMF. Résultats L’ampleur du polymorphisme intra-isolat a été déjà observée pour la grande sous-unité d’ARN ribosomal de l’isolat Glomus irregulare DAOM-197198 (précédemment identifié comme G. intraradices) et pour le gène de la polymerase1-like (PLS) de Glomus etunicatum isolat NPI. Dans un premier temps, nous avons pu confirmer ces résultats et nous avons également pu constater que ces variations étaient transcrites. Nous avons ensuite pu mettre en évidence la présence d’un goulot d’étranglement génétique au moment de la sporulation pour le locus PLS chez l’espèce G. etunicatum illustrant les importants effets d’échantillonnage qui se produisaient entre chaque génération de spore. Enfin, nous avons estimé la différentiation génétique des AMF en utilisant à la fois les réseaux de gènes appliqués aux données de séquençage haut-débit ainsi que cinq nouveaux marqueurs génomiques en copie unique. Ces analyses révèlent que la différenciation génomique est présente de manière systématique dans deux espèces (G. irregulare et G. diaphanum). Conclusions Les résultats de cette thèse fournissent des preuves supplémentaires en faveur du scénario d’une différenciation génomique entre noyaux au sein du même isolat mycorhizien. Ainsi, au moins trois membres du genre Glomus, G. irregulare, G. diaphanum and G. etunicatum, apparaissent comme des organismes dont l’organisation des génomes ne peut pas être décrit d’après un modèle Mendélien strict, ce qui corrobore l’hypothèse que les noyaux mycorhiziens génétiquement différenciés forment un pangenome.

Comparative mitochondrial genomics toward understanding genetics and evolution of arbuscular mycorrhizal fungi

Les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA) sont très répandus dans le sol où ils forment des associations symbiotiques avec la majorité des plantes appelées mycorhizes arbusculaires. Le développement des CMA dépend fortement de la plante hôte, de telle sorte qu'ils ne peuvent vivre à l'état saprotrophique, par conséquent ils sont considérés comme des biotrophes obligatoires. Les CMA forment une lignée évolutive basale des champignons et ils appartiennent au phylum Glomeromycota. Leurs mycélia sont formés d’un réseau d’hyphes cénocytiques dans lesquelles les noyaux et les organites cellulaires peuvent se déplacer librement d’un compartiment à l’autre. Les CMA permettent à la plante hôte de bénéficier d'une meilleure nutrition minérale, grâce au réseau d'hyphes extraradiculaires, qui s'étend au-delà de la zone du sol explorée par les racines. Ces hyphes possèdent une grande capacité d'absorption d’éléments nutritifs qui vont être transportés par ceux-ci jusqu’aux racines. De ce fait, les CMA améliorent la croissance des plantes tout en les protégeant des stresses biotiques et abiotiques. Malgré l’importance des CMA, leurs génétique et évolution demeurent peu connues. Leurs études sont ardues à cause de leur mode de vie qui empêche leur culture en absence des plantes hôtes. En plus leur diversité génétique intra-isolat des génomes nucléaires, complique d’avantage ces études, en particulier le développement des marqueurs moléculaires pour des études biologiques, écologiques ainsi que les fonctions des CMA. C’est pour ces raisons que les génomes mitochondriaux offrent des opportunités et alternatives intéressantes pour étudier les CMA. En effet, les génomes mitochondriaux (mt) publiés à date, ne montrent pas de polymorphismes génétique intra-isolats. Cependant, des exceptions peuvent exister. Pour aller de l’avant avec la génomique mitochondriale, nous avons besoin de générer beaucoup de données de séquençages de l’ADN mitochondrial (ADNmt) afin d’étudier les méchanismes évolutifs, la génétique des population, l’écologie des communautés et la fonction des CMA. Dans ce contexte, l’objectif de mon projet de doctorat consiste à: 1) étudier l’évolution des génomes mt en utilisant l’approche de la génomique comparative au niveau des espèces proches, des isolats ainsi que des espèces phylogénétiquement éloignées chez les CMA; 2) étudier l’hérédité génétique des génomes mt au sein des isolats de l’espèce modèle Rhizophagus irregularis par le biais des anastomoses ; 3) étudier l’organisation des ADNmt et les gènes mt pour le développement des marqueurs moléculaires pour des études phylogénétiques. Nous avons utilisé l’approche dite ‘whole genome shotgun’ en pyroséquençage 454 et Illumina HiSeq pour séquencer plusieurs taxons de CMA sélectionnés selon leur importance et leur disponibilité. Les assemblages de novo, le séquençage conventionnel Sanger, l’annotation et la génomique comparative ont été réalisés pour caractériser des ADNmt complets. Nous avons découvert plusieurs mécanismes évolutifs intéressant chez l’espèce Gigaspora rosea dans laquelle le génome mt est complètement remanié en comparaison avec Rhizophagus irregularis isolat DAOM 197198. En plus nous avons mis en évidence que deux gènes cox1 et rns sont fragmentés en deux morceaux. Nous avons démontré que les ARN transcrits les deux fragments de cox1 se relient entre eux par épissage en trans ‘Trans-splicing’ à l’aide de l’ARN du gene nad5 I3 qui met ensemble les deux ARN cox1.1 et cox1.2 en formant un ARN complet et fonctionnel. Nous avons aussi trouvé une organisation de l’ADNmt très particulière chez l’espèce Rhizophagus sp. Isolat DAOM 213198 dont le génome mt est constitué par deux chromosomes circulaires. En plus nous avons trouvé une quantité considérable des séquences apparentées aux plasmides ‘plasmid-related sequences’ chez les Glomeraceae par rapport aux Gigasporaceae, contribuant ainsi à une évolution rapide des ADNmt chez les Glomeromycota. Nous avons aussi séquencé plusieurs isolats de l’espèces R. irregularis et Rhizophagus sp. pour décortiquer leur position phylogénéque et inférer des relations évolutives entre celles-ci. La comparaison génomique mt nous montré l’existence de plusieurs éléments mobiles comme : des cadres de lecture ‘open reading frames (mORFs)’, des séquences courtes inversées ‘short inverted repeats (SIRs)’, et des séquences apparentées aux plasimdes ‘plasmid-related sequences (dpo)’ qui impactent l’ordre des gènes mt et permettent le remaniement chromosomiques des ADNmt. Tous ces divers mécanismes évolutifs observés au niveau des isolats, nous permettent de développer des marqueurs moléculaires spécifiques à chaque isolat ou espèce de CMA. Les données générées dans mon projet de doctorat ont permis d’avancer les connaissances fondamentales des génomes mitochondriaux non seulement chez les Glomeromycètes, mais aussi de chez le règne des Fungi et les eucaryotes en général. Les trousses moléculaires développées dans ce projet peuvent servir à des études de la génétique des populations, des échanges génétiques et l’écologie des CMA ce qui va contribuer à la compréhension du rôle primorial des CMA en agriculture et environnement.

Exploring Object Perception with Random Image Structure Evolution

We have developed a technique called RISE (Random Image Structure Evolution), by which one may systematically sample continuous paths in a high-dimensional image space. A basic RISE sequence depicts the evolution of an object's image from a random field, along with the reverse sequence which depicts the transformation of this image back into randomness. The processing steps are designed to ensure that important low-level image attributes such as the frequency spectrum and luminance are held constant throughout a RISE sequence. Experiments based on the RISE paradigm can be used to address some key open issues in object perception. These include determining the neural substrates underlying object perception, the role of prior knowledge and expectation in object perception, and the developmental changes in object perception skills from infancy to adulthood.

Gene conversion and evolution of Xq28 duplicons involved in recurring inversions causing severe hemophilia A

Inversions breaking the 1041 bp int1h-1 or the 9.5-kb int22h-1 sequence of the F8 gene cause hemophilia A in 1/30,000 males. These inversions are due to homologous recombination between the above sequences and their inverted copies on the same DNA molecule, respectively, int1h-2 and int22h-2 or int22h-3. We find that (1) int1h and int22h duplicated more than 25 million years ago; (2) the identity of the copies (>99%) of these sequences in humans and other primates is due to gene conversion; (3) gene conversion is most frequent in the internal regions of int22h; (4) breakpoints of int22h-related inversions also tend to involve the internal regions of int22h; (5) sequence variations in a sample of human X chromosomes defined eight haplotypes of int22h-1 and 27 of int22h-2 plus int22h-3; (6) the latter two sequences, which lie, respectively, 500 and 600 kb telomeric to int22h-1 are five-fold more identical when in cis than when in trans, thus suggesting that gene conversion may be predominantly intrachromosomal; (7) int1h, int22h, and flanking sequences evolved at a rate of about 0.1% substitutions per million years during the divergence between humans and other primates, except for int1h during the human-chimpanzee divergence, when its rate of evolution was significantly lower. This is reminiscent of the slower evolution of palindrome arms in the male specific regions of the Y chromosome and we propose, as an explanation, that intrachromosomal gene conversion and cosegregation of the duplicated regions favors retention of the ancestral sequence and thus reduces the evolution rate.

Phylogeny, function, and evolution of the cupins, a structurally conserved, functionally diverse superfamily of proteins

The cupin superfamily is a group of functionally diverse proteins that are found in all three kingdoms of life, Archaea, Eubacteria, and Eukaryota. These proteins have a characteristic signature domain comprising two histidine- containing motifs separated by an intermotif region of variable length. This domain consists of six beta strands within a conserved beta barrel structure. Most cupins, such as microbial phosphomannose isomerases (PMIs), AraC- type transcriptional regulators, and cereal oxalate oxidases (OXOs), contain only a single domain, whereas others, such as seed storage proteins and oxalate decarboxylases (OXDCs), are bi-cupins with two pairs of motifs. Although some cupins have known functions and have been characterized at the biochemical level, the majority are known only from gene cloning or sequencing projects. In this study, phylogenetic analyses were conducted on the conserved domain to investigate the evolution and structure/function relationships of cupins, with an emphasis on single- domain plant germin-like proteins (GLPs). An unrooted phylogeny of cupins from a wide spectrum of evolutionary lineages identified three main clusters, microbial PMIs, OXDCs, and plant GLPs. The sister group to the plant GLPs in the global analysis was then used to root a phylogeny of all available plant GLPs. The resulting phylogeny contained three main clades, classifying the GLPs into distinct subfamilies. It is suggested that these subfamilies correlate with functional categories, one of which contains the bifunctional barley germin that has both OXO and superoxide dismutase (SOD) activity. It is proposed that GLPs function primarily as SODs, enzymes that protect plants from the effects of oxidative stress. Closer inspection of the DNA sequence encoding the intermotif region in plant GLPs showed global conservation of thymine in the second codon position, a character associated with hydrophobic residues. Since many of these proteins are multimeric and enzymatically inactive in their monomeric state, this conservation of hydrophobicity is thought to be associated with the need to maintain the various monomer- monomer interactions. The type of structure-based predictive analysis presented in this paper is an important approach for understanding gene function and evolution in an era when genomes from a wide range of organisms are being sequenced at a rapid rate.

Germin and germin-like proteins: evolution, structure, and function

Germin and germin-like proteins (GLPs) are encoded by a family of genes found in all plants. They are part of the cupin superfamily of biochemically diverse proteins, a superfamily that has a conserved tertiary structure, though with limited similarity in primary sequence. The subgroups of GLPs have different enzyme functions that include the two hydrogen peroxide-generating enzymes, oxalate oxidase (OxO) and superoxide dismutase. This review summarizes the sequence and structural details of GLPs and also discusses their evolutionary progression, particularly their amplification in gene number during the evolution of the land plants. In terms of function, the GLPs are known to be differentially expressed during specific periods of plant growth and development, a pattern of evolutionary subfunctionalization. They are also implicated in the response of plants to biotic (viruses, bacteria, mycorrhizae, fungi, insects, nematodes, and parasitic plants) and abiotic (salt, heat/cold, drought, nutrient, and metal) stress. Most detailed data come from studies of fungal pathogenesis in cereals. This involvement with the protection of plants from environmental stress of various types has led to numerous plant breeding studies that have found links between GLPs and QTLs for disease and stress resistance. In addition the OxO enzyme has considerable commercial significance, based principally on its use in the medical diagnosis of oxalate concentration in plasma and urine. Finally, this review provides information on the nutritional importance of these proteins in the human diet, as several members are known to be allergenic, a feature related to their thermal stability and evolutionary connection to the seed storage proteins, also members of the cupin superfamily.

Speciation and bursts of evolution

A longstanding debate in evolutionary biology concerns whether species diverge gradually through time or by rapid punctuational bursts at the time of speciation. The theory of punctuated equilibrium states that evolutionary change is characterised by short periods of rapid evolution followed by longer periods of stasis in which no change occurs. Despite years of work seeking evidence for punctuational change in the fossil record, the theory remains contentious. Further there is little consensus as to the size of the contribution of punctuational changes to overall evolutionary divergence. Here we review recent developments which show that punctuational evolution is common and widespread in gene sequence data.

Origin and evolution of flavivirus 5'UTRs and panhandles: trans-terminal duplications?

Flavivirus replication is mediated by interactions between complementary ssRNA sequences of the 5'- and 3'-termini that form dsRNA cyclisation stems or panhandles, varying in length, sequence and specific location in the mosquito-borne, tick-borne, non-vectored and non-classified flaviviruses. In this manuscript we manually aligned the flavivirus 5'UTRs and adjacent capsid genes and revealed significantly more homology than has hitherto been identified. Analysis of the alignments revealed that the panhandles represent evolutionary remnants of a long cyclisation domain that probably emerged through duplication of one of the UTR termini.

The evolution of mobile DNAs: when will transposons create phylogenies that look as if there is a master gene?

Some families of mammalian interspersed repetitive DNA, such as the Alu SINE sequence, appear to have evolved by the serial replacement of one active sequence with another, consistent with there being a single source of transposition: the "master gene." Alternative models, in which multiple source sequences are simultaneously active, have been called "transposon models." Transposon models differ in the proportion of elements that are active and in whether inactivation occurs at the moment of transposition or later. Here we examine the predictions of various types of transposon model regarding the patterns of sequence variation expected at an equilibrium between transposition, inactivation, and deletion. Under the master gene model, all bifurcations in the true tree of elements occur in a single lineage. We show that this property will also hold approximately for transposon models in which most elements are inactive and where at least some of the inactivation events occur after transposition. Such tree shapes are therefore not conclusive evidence for a single source of transposition.

Amphioxus molecular biology: insights into vertebrate evolution and developmental mechanisms

The cephalochordate amphioxus is the best available proxy for the last common invertebrate ancestor of the vertebrates. During the last decade, the developmental genetics of amphioxus have been extensively examined for insights into the evolutionary origin and early evolution of the vertebrates. Comparisons between expression domains of homologous genes in amphioxus and vertebrates have strengthened proposed homologies between specific body parts. Molecular genetic studies have also highlighted parallels in the developmental mechanisms of amphioxus and vertebrates. In both groups, a similar nested pattern of Hox gene expression is involved in rostrocaudal patterning of the neural tube, and homologous genes also appear to be involved in dorsoventral neural patterning. Studies of amphioxus molecular biology have also hinted that the protochordate ancestor of the vertebrates included cell populations that modified their developmental genetic pathways during early vertebrate evolution to yield definitive neural crest and neurogenic placodes. We also discuss how the application of expressed sequence tag and gene-mapping approaches to amphioxus have combined with developmental studies to advance our understanding of chordate genome evolution. We conclude by considering the potential offered by the sequencing of the amphioxus genome, which was completed in late 2004.

A phylogenetic mixture model for detecting pattern-heterogeneity in gene sequence or character-state data

We describe a general likelihood-based 'mixture model' for inferring phylogenetic trees from gene-sequence or other character-state data. The model accommodates cases in which different sites in the alignment evolve in qualitatively distinct ways, but does not require prior knowledge of these patterns or partitioning of the data. We call this qualitative variability in the pattern of evolution across sites "pattern-heterogeneity" to distinguish it from both a homogenous process of evolution and from one characterized principally by differences in rates of evolution. We present studies to show that the model correctly retrieves the signals of pattern-heterogeneity from simulated gene-sequence data, and we apply the method to protein-coding genes and to a ribosomal 12S data set. The mixture model outperforms conventional partitioning in both these data sets. We implement the mixture model such that it can simultaneously detect rate- and pattern-heterogeneity. The model simplifies to a homogeneous model or a rate- variability model as special cases, and therefore always performs at least as well as these two approaches, and often considerably improves upon them. We make the model available within a Bayesian Markov-chain Monte Carlo framework for phylogenetic inference, as an easy-to-use computer program.

Changes in in vitro susceptibility of influenza A H3N2 viruses to a neuraminidase inhibitor drug during evolution in the human host

Objectives: Influenza A H3N2 viruses isolated recently have characteristic receptor binding properties that may decrease susceptibility to neuraminidase inhibitor drugs. A panel of clinical isolates and recombinant viruses generated by reverse genetics were characterized and tested for susceptibility to zanamivir. Methods: Plaque reduction assays and neuraminidase enzyme inhibition assays were used to assess susceptibility to zanamivir. Receptor binding properties of the viruses were characterized by differential agglutination of red blood cells (RBCs) from different species. Sequence analysis of the haemagglutinin (HA) and neuraminidase (NA) genes was carried out. Results: Characterization of a panel of H3N2 clinical isolates from 1968 to 2000 showed a gradual decrease in agglutination of chicken and guinea pig RBCs over time, although all isolates could agglutinate turkey RBCs equally. Sequence analysis of the HA and NA genes identified mutations in conserved residues of the HA1 receptor binding site, in particular Leu-226 --> Ile-226/Val-226, and modification of potential glycosylation site motifs. This may be indicative of changes in virus binding to sialic acid (SA) receptors in recent years. Although recent isolates had reduced susceptibility to zanamivir in MDCK cell based plaque reduction assays, no difference was found in an NA enzyme-inhibition assay. Assays with recombinant isogenic viruses showed that the recent HA, but not the NA, conferred reduced susceptibility to zanamivir. Conclusion: This study demonstrates that recent clinical isolates of influenza A H3N2 virus no longer agglutinate chicken RBCs, but despite significant receptor binding changes as a result of changes in HA, there was little variation in sensitivity of the NA to zanamivir.

Protochordate Zic genes define primitive somite compartments and highlight molecular changes underlying neural crest evolution

The vertebrate Zic gene family encodes C2H2 zinc finger transcription factors closely related to the Gli proteins. Zic genes are expressed in multiple areas of developing vertebrate embryos, including the dorsal neural tube where they act as potent neural crest inducers. Here we describe the characterization of a Zic ortholog from the amphioxus Branchiostoma floridae and further describe the expression of a Zic ortholog from the ascidian Ciona intestinalis. Molecular phylogenetic analysis and sequence comparisons suggest the gene duplications that formed the vertebrate Zic family were specific to the vertebrate lineage. In Ciona maternal CiZic/Ci-macho1 transcripts are localized during cleavage stages by asymmetric cell division, whereas zygotic expression by neural plate cells commences during neurulation. The amphioxus Zic ortholog AmphiZic is expressed in dorsal mesoderm and ectoderm during gastrulation, before being eliminated first from midline cells and then from all neurectoderm during neurulation. After neurulation, expression is reactivated in the dorsal neural tube and dorsolateral somite. Comparison of CiZic and AmphiZic expression with vertebrate Zic expression leads to two main conclusions. First, Zic expression allows us to define homologous compartments between vertebrate and amphioxus somites, showing primitive subdivision of vertebrate segmented mesoderm. Second, we show that neural Zic expression is a chordate synapomorphy, whereas the precise pattern of neural expression has evolved differently on the different chordate lineages. Based on these observations we suggest that a change in Zic regulation, specifically the evolution of a dorsal neural expression domain in vertebrate neurulae, was an important step in the evolution of the neural crest.