Evolution of Dimorphisms of the Proteasome Subunit Beta Type 8 Gene (PSMB8)
in Basal Ray-Finned Fish
Original paper
Megumi Noro, Masaru Nonaka
Department of Biological Sciences, Graduate School of Science, The University of
Tokyo, Tokyo 113-0033, Japan
Corresponding author: Masaru Nonaka
Department of Biological Sciences, Graduate School of Science,
The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, Japan.
Tel: 81-3-5841-7589
Fax: 81-3-5841-4990
Email: mnonaka@biol.s.u-tokyo.ac.jp
Supplementary Table 1
Nucleotide sequences of the gene specific primers for RACE
P. buccholzi F
P. buccholzi A
G. kidako F
G. kidako A
Thalassenchelys sp. F
N. parviceps A
C. myriaster (A/V)
C. japonicus A
O. macrorhynchus F
A. japonica (Y/A)
H. nipponensis F
H. nipponensis A
5' RACE primer
5'-GACATGGTTCCCAGCAG-3' (LLGTM)
3' RACE primer
5'-TCATCTGGATCCTATGTCAG-3' (SSGSYV)
5'-CAGCAGCGCTGCCTGACATG-3' (MSGSAA)
5'-TGTGGACTCCAGAGCCTCTG-3' (VDSRAS)
5'-CTGCACTCTTTAGCCAGTAG-3' (LLAKEC)
5'-TGTGGACTCCAGAGCCTCTG-3' (VDSRAS)
5'-CTGCACTCTTTAGCCAGTAG-3' (LLAKEC)
5'-TATATTAGCACCCAATTTGC-3' (YISTQF)
5'-TCTCCTTGTTCCTCAGCTTG-3' (KLRNKE)
5'-TGAGCGGGAACATGTTCTCC-3' (SGNMFS)
5'-ATCCTGCATTCCTTGGC-3' (AKECR)
5'-TGAGCGGGAACATGTTCTCC-3' (SGNMFS)
5'-CGGACATTGTGCCCAGTAAG-3'(LLGTMS)
5'-GAAGATCAGGCTGAGCCATG-3' (KIRLSH)
5'-CGGACATTGTGCCCAGTAAG-3'(LLGTMS)
5'-GAAGATCAGGCTGAGCCATG-3' (KIRLSH)
5'-ATCCTGCATTCCTTGGC-3' (AKECR)
5'-TGAGCGGGAACATGTTCTCC-3' (SGNMFS)
5'-GTAAGTAGGGGTTTATCTCG-3' (EINPYL)
5'-GTTTACAAGCTGAGGAAC-3' (VYKRN)
5'-TGGCGTGAAAGATGGCT-3' (AIFHA)
5'-ATCTACAAGCTGAGGAAC-3' (IYKLRN)
5'-GGGTGGCGTGGACGATG-3' (IVHAT)
5'-CTGTACAAGCTGAGGAAC-3' (LYKLRN)
Supplementary figure legends
Supplementary Figure 1
Phylogenetic trees of the PSMB8
The nucleotide sequences encoding the mature protein were aligned by Clustal X and evolutionary
analysis was conducted in MEGA5.1. The phylogenetic trees were constructed by the neighbor
joining (NJ) method. Bootstrap percentages were determined with 1000 bootstrap replications. *
indicates the sequences newly determined in this study.
Supplementary Figure 2
Multiple alignment of the nucleotide sequences of G. kidako
The nucleotide sequences of G. kidako (n = 4) were aligned separately by their types. The alphabet
and the numbers after the names represent their types (A- or F-) and individual numbers, respectively.
Genotypes of each individual elucidated by cDNA typing are shown in parentheses. The codons at
the polymorphic sites are shown by the underlines and the shading represents the codons correspond
to the 31st residue of the mature protein. Boxed letters represent the variations found by direct
sequencings. PCR amplifications were performed using type-specific primer sets. (A) Nucleotide
alignment of the A-types. 96Y represents a double peak of C and T. (B) Nucleotide alignment of the
F-types. 225R represents a double peak of A and G.
Supplementary Figure 3
Multiple alignment of the nucleotide sequences of H. nipponensis
The nucleotide sequences of H. nipponensis (n = 9) caught in Lake Suwa were aligned separately by
their types as described in the legend to Supplementary Figure 2. (A) Nucleotide alignment of the
A-types. 386K represents a double peak of G and T. The C380T and G386T replacements are
accompanied with amino acid substitutions, S127F and G129V, respectively. (B) Nucleotide alignment
of the F-types. 255S represents a double peak of G and C. The G255C is a nonsynonymous substitution,
and G255C replacement is accompanied with amino acid substitution K85N.
Supplementary Figure 4
The evolutionary history of PSMB8 in teleosts
The phylogenetic tree of ray-finned fish discussed here based on Miya et al. (2003) and Inoue et al.
(2001) is schematically shown at left, and A type (31A or 31V) and F type (31F or 31Y) alleles
identified in each species are shown separately for the A and F lineages at right. Symbols on the
phylogenetic tree represent the evolutionary events of PSMB8 dimorphism as follows. Open circle,
interallelic homogenization replacing most part of the A lineage sequences with the F lineage
sequences; closed circle, interallelic homogenization replacing most part of the F lineage sequences
with the A lineage sequences; open triangle, intermission of continuous interallelic homogenization;
closed rectangle, loss of F type; black heavy line, continuous interallelic homogenization. The timing
of intermission of interallelic homogenization was inferred from the nucleotide sequence diversity
between the A- and F- type alleles. The recent interallelic homogenization at exon 6 and intron 5 of
A. japonica was shown by the vertical line at the end of the blanch.
Gymnothorax kidako F*
Gymnothorax kidako A*
Nettastoma
parviceps A*
100
Conger japonicus A*
69
Conger myriaster V*
94
59
100 Conger myriaster A*
Anguilla japonica Y*
57
100
Anguilla japonica A*
99
Thalassenchelys sp. F*
99
Ophisurus macrorhynchus F*
100
Hypomesus nipponensis F*
Salmo salar F
100
Oncorhynchus mykiss F
83
Pantodon buchholzi F*
Danio rerio F
71
Polypterus senegals F
100 Tetraodon nigroviridis F
Tetraodon nigroviridis A
Oryzias latipes Y
92
95
Oryzias latipes V
57
Hypomesus nipponensis A*
100
Salmo salar A
100
Oncorhynchus mykiss A
57
50
Danio rerio A
Pantodon buchholzi A*
Polypterus senegals A
Takifugu rubripes PSMB5
100
100
Danio rerio PSMB5
Homo sapiens PSMB5
Petromyzon marinus PSMB5
100
73
100
77
0.05
Supplementary
Supplementary
FigureFigure1
1
PSMB8 F lineage
PSMB8 A lineage
Gymnothorax kidakoA-1 (A/F) : A C T A C A A C T C T GGC C T T C A A A T T C C A GC A C GG A G T G A T GG T GGC C G T GG A C T C C A G A GC C T C T GC C GGG T :
Gymnothorax kidakoA-3 (A/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . :
Gymnothorax kidakoA-4 (A/A) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . :
70
70
70
31
Ala
Gymnothorax kidakoA-1 (A/F) : C C T A T A T T A GC A C C C A A T T T GC C A A C A A GG T G A A C G A G A T A A A T C C G T A C C T GC T GGGC A C A A T G T C T GG : 140
Gymnothorax kidakoA-3 (A/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 140
Gymnothorax kidakoA-4 (A/A) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 140
Gymnothorax kidakoA-1 (A/F) : A A GC GC T GC T G A C T GC A T C T T T T GGG A A A GGC T A C T GGC T A A A G A G T GC A GG A T A T A T G A GC T G A G A A A C : 210
Gymnothorax kidakoA-3 (A/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 210
Gymnothorax kidakoA-4 (A/A) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 210
Gymnothorax kidakoA-1 (A/F) : A A GG A A A GG A T C T C T G T G T C GGC C GC C T C T A A GC T GC T GGC C A A C A T GG T GG T T GG T T A T A G A GGG A T GG : 280
Gymnothorax kidakoA-3 (A/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 280
Gymnothorax kidakoA-4 (A/A) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 280
Gymnothorax kidakoA-1 (A/F) : GC C T T T C A A T GGGC A C C A T GG T C T G T GGC T GGG A C A A G A A GGG T C C T GGC C T G T A C T A T G T T G A T G A T T C : 350
Gymnothorax kidakoA-3 (A/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 350
Gymnothorax kidakoA-4 (A/A) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 350
Gymnothorax kidakoA-1 (A/F) : T GG T C T GC GG A T G T C C GGG A A C A T G T T C T C C A C T GG T T C GGG T A A C T C C T A C GC C T A T GGC G T T A T GG A C : 420
Gymnothorax kidakoA-3 (A/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 420
Gymnothorax kidakoA-4 (A/A) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 420
Gymnothorax kidakoA-1 (A/F) : A G T GGC T A T C GG T A C G A T C T A A C GG T C C C GG A GGC T T A T G A GC T GGC C C A A A G A GC C A T C T T C C A C GC C A : 490
Gymnothorax kidakoA-3 (A/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 490
Gymnothorax kidakoA-4 (A/A) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 490
Gymnothorax kidakoA-1 (A/F) : C C T GC C G A G A T GC T T A C T C C GGGGG A A C T G T C A A C A T G T A C C A C A T GC G A G A A G A T GGC T GG A T C A A A G T : 560
Gymnothorax kidakoA-3 (A/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 560
Gymnothorax kidakoA-4 (A/A) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 560
Gymnothorax kidakoA-1 (A/F) : G T C A C A GG A A G A T G T GGGGG A T C T T T A C A A C C A A T T C GC C A A A G A A A A G A A A : 612
Gymnothorax kidakoA-3 (A/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 612
Gymnothorax kidakoA-4 (A/A) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 612
Supplementary Figure 2 (A)
Gymnothorax kidakoF-1 (A/F) : A C T A C A A C T C T GGC C T T C A A A T T C C A GC A C GG A G T G A T GG T GGC C G T GG A C T C C A G A GC C T C C T C A GGG T :
Gymnothorax kidakoF-2 (F/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . :
Gymnothorax kidakoF-3 (A/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . :
70
70
70
31
Phe
Gymnothorax kidakoF-1 (A/F) : C C T A T A T T GGC A C C C A G T T A T T C A A C A A GG T G A T T G A G A T A A A T C C A T A C C T GC T GGGC A C A A T G T C T GG : 140
Gymnothorax kidakoF-2 (F/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 140
Gymnothorax kidakoF-3 (A/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 140
Gymnothorax kidakoF-1 (A/F) : A A G T GC T GC T G A C T G T G T C T A T T GGG A A A GGC T A C T GGC T A A A G A G T GC A GG A T A T A C A A GC T G A G A A A C : 210
Gymnothorax kidakoF-2 (F/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 210
Gymnothorax kidakoF-3 (A/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 210
Gymnothorax kidakoF-1 (A/F) : A A GG A A A GG A T C T C GG T G T C GGC C GC C T C T A A GC T GC T GGC C A A C A T GG T GG T T GG T T A T A G A GGG A T GG : 280
Gymnothorax kidakoF-2 (F/F) : . . . . . . . . . . . . . . R . . . . . . . . Y . . . . . . . . . . . . . . . . . Y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 280
Gymnothorax kidakoF-3 (A/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 280
Gymnothorax kidakoF-1 (A/F) : GC C T T T C A A T GGGC A C C A T GG T C T G T GGC T GGG A C A A G A A GGG T C C T GGC C T G T A C T A T G T T G A T G A G T C : 350
Gymnothorax kidakoF-2 (F/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 350
Gymnothorax kidakoF-3 (A/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 350
Gymnothorax kidakoF-1 (A/F) : T GGC C A GC GG T T G A C C GGG A A C A T G T T C T C C A C T GG T T C GGG T A A C T C C T A C GC C T A T GGC G T T A T GG A C : 420
Gymnothorax kidakoF-2 (F/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 420
Gymnothorax kidakoF-3 (A/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 420
Gymnothorax kidakoF-1 (A/F) : A G T GGC T A T C GG T A C G A T C T G A C GG T GC C GG A GGC T T A T G A GC T GGC C C A A A G A GC C A T C T T C C A C GC C A : 490
Gymnothorax kidakoF-2 (F/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 490
Gymnothorax kidakoF-3 (A/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 490
Gymnothorax kidakoF-1 (A/F) : C C T GC C G A G A T GC T T A C T C C GGGGG A A C T G T C A A C A T G T A C C A C A T GC G A G A A G A T GGC T GG A T T A A A G T : 560
Gymnothorax kidakoF-2 (F/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 560
Gymnothorax kidakoF-3 (A/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 560
Gymnothorax kidakoF-1 (A/F) : C T C A C A GG A A G A T G T GGGGG A C C T T T A C T A C C A A T T C GC C A A T G A A A A G A A G : 612
Gymnothorax kidakoF-2 (F/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 612
Gymnothorax kidakoF-3 (A/F) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 612
Supplementary Figure 2 (B)
Hypomesus nipponensisA-1 (A/F)
Hypomesus nipponensisA-3 (A/F)
Hypomesus nipponensisA-5 (A/A)
Hypomesus nipponensisA-6 (A/A)
Hypomesus nipponensisA-7 (A/F)
Hypomesus nipponensisA-8 (A/A)
:
:
:
:
:
:
A C C A C C A C GC T GGC T T T C A A A T T C C GC C A T GGGG T C A T C G T GGC GG T GG A C T C C A G A GC C T C A GC T GGC A
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
: 70
:
:
:
:
:
Hypomesus nipponensisA-1 (A/F)
Hypomesus nipponensisA-3 (A/F)
Hypomesus nipponensisA-5 (A/A)
Hypomesus nipponensisA-6 (A/A)
Hypomesus nipponensisA-7 (A/F)
Hypomesus nipponensisA-8 (A/A)
:
:
:
:
:
:
G T T A C A T C GC G T C C A A GG A GGC T A A C A A GG T G A T A G A G A T C A A C C C T T A C C T GC T GGGG A C C A T G T C T GG
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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: 140
:
:
:
:
:
Hypomesus nipponensisA-1 (A/F)
Hypomesus nipponensisA-3 (A/F)
Hypomesus nipponensisA-5 (A/A)
Hypomesus nipponensisA-6 (A/A)
Hypomesus nipponensisA-7 (A/F)
Hypomesus nipponensisA-8 (A/A)
:
:
:
:
:
:
C A G T GC T GC A G A C T G T C A G T A C T GGG A G A GGC T GC T GGC C A A GG A G T GC A GGC T G T A C A A GC T G A GG A A C
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Hypomesus nipponensisA-1 (A/F)
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Hypomesus nipponensisA-5 (A/A)
Hypomesus nipponensisA-6 (A/A)
Hypomesus nipponensisA-7 (A/F)
Hypomesus nipponensisA-8 (A/A)
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Hypomesus nipponensisA-1 (A/F)
Hypomesus nipponensisA-3 (A/F)
Hypomesus nipponensisA-5 (A/A)
Hypomesus nipponensisA-6 (A/A)
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Hypomesus nipponensisA-8 (A/A)
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Hypomesus nipponensisA-1 (A/F)
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Hypomesus nipponensisA-1 (A/F)
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Hypomesus nipponensisA-1 (A/F)
Hypomesus nipponensisA-3 (A/F)
Hypomesus nipponensisA-5 (A/A)
Hypomesus nipponensisA-6 (A/A)
Hypomesus nipponensisA-7 (A/F)
Hypomesus nipponensisA-8 (A/A)
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G129V
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Hypomesus nipponensisF-2 (F/F)
Hypomesus nipponensisF-3 (A/F)
Hypomesus nipponensisF-4 (F/F)
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Hypomesus nipponensisF-9 (F/F)
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Hypomesus nipponensisF-1 (A/F)
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Hypomesus nipponensisF-1 (A/F)
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Hypomesus nipponensisF-1 (A/F)
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Hypomesus nipponensisF-3 (A/F)
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: 560
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Hypomesus nipponensisF-1 (A/F)
Hypomesus nipponensisF-2 (F/F)
Hypomesus nipponensisF-3 (A/F)
Hypomesus nipponensisF-4 (F/F)
Hypomesus nipponensisF-7 (A/F)
Hypomesus nipponensisF-9 (F/F)
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G T C T C A GG A GG A T G T GGG A G A C C T G T A T T A T C GC T T C GC C A A T G A A A A G A A G :
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31
Phe
K85N
Supplementary Figure 3 (B)
612
612
612
612
612
612
F lineage
Polypterus senegalus*
Polypteriformes
31A
31F
Pantodon buchholzi*
Osteoglossiformes
31A
31F
-
31F, 31A
-
31A, 31V
-
31A
-
31Y, 31A
31A
31F
31A
31F
31A
31F
Gymnothorax kidako*
Conger myriaster*
Conger japonicus*
Anguilliformes
Anguilla japonica*
Danio rerio
Oncorhynchus mykiss
Cypriniformes
Salmoniformes
Salmo salar
Supplementary Figure 4
A lineage
Hypomesus nipponensis*
Osmeriformes
31A
31F
Zenopsis nebulosa*
Zeiformes
31A
-
Myripristis kuntee*
Beryciformes
31A
-
Oryzias latipes
Beloniformes
31V, 31Y
-
Tetraodon nigroviridis
Tetraodontiformes
31A, 31F
-