Summary Mosquitoes rely on the integration of multiple sensory cues, including olfactory, visual, and thermal stimuli, to detect, identify and locate their hosts [1–4]. Although we increasingly know more about the role of chemosensory behaviours in mediating mosquito-host interactions [1], the role of visual cues remains comparatively less studied [3], and how the combination of olfactory and visual information is integrated in the mosquito brain remains unknown. In the present study, we used a tethered-flight LED arena, which allowed for quantitative control over the stimuli, to show that CO 2 exposure affects target-tracking responses, but not responses to large-field visual stimuli. In addition, we show that CO 2 modulates behavioural responses to visual objects in a time-dependent manner. To gain insight into the neural basis of this olfactory and visual coupling, we conducted two-photon microscopy experiments in a new GCaMP6s-expressing mosquito line. Imaging revealed that the majority of ROIs in the lobula region of the optic lobe exhibited strong responses to small-field stimuli, but showed little response to a large-field stimulus. Approximately 20% of the neurons we imaged were modulated when an attractive odour preceded the visual stimulus; these same neurons also elicited a small response when the odour was presented alone. By contrast, imaging in the antennal lobe revealed no modulation when visual stimuli were presented before or after the olfactory stimulus. Together, our results are the first to reveal the dynamics of olfactory modulation in visually evoked behaviours of mosquitoes, and suggest that coupling between these sensory systems is asymmetrical and time-dependent.

Abstract Mosquitoes occupy a wide range of habitats where they experience various environmental conditions. The ability of some species, such as the tiger mosquito, Aedes albopictus , to adapt to local conditions certainly contributes to their invasive success. Among traits that remain to be examined, mosquitoes’ ability to time their activity with that of the local host population has been suggested to be of significant epidemiological importance. However, whether different populations display heritable differences in their chronotype has not been examined. Here, we compared laboratory strains originating from 8 populations from 3 continents, monitored their spontaneous locomotor activity patterns, and analyzed their sleep-like states. Overall, all strains showed conserved diurnal activity concentrated in the hours preceding the crepuscule. Similarly, they all showed increased sleep levels during the morning and night hours. However, we observed strain-specific differences in the activity levels at each phase of the day. We also observed differences in the fraction of time that each strain spends in a sleep-like state, explained by variations in the sleep architecture across strains. Human population density and the latitude of the site of geographic origin of the tested strain showed significant effects on sleep and activity patterns. Altogether, these results suggest that Ae. albopictus mosquitoes adapt to local environmental conditions via heritable adaptations of their chronotype.

Abstract Sleep is an evolutionarily conserved process that has been described in different animal systems. For insects, sleep characterization has been primarily achieved using behavioral and electrophysiological correlates in a few systems. Sleep in mosquitoes, which are important vectors of disease-causing pathogens, has not been directly examined. This is surprising as circadian rhythms, which have been well studied in mosquitoes, influence sleep in other systems. In this study, we characterized sleep in mosquitoes using body posture analysis and behavioral correlates, and quantified the effect of sleep deprivation on sleep rebound, host landing and blood-feeding propensity. Body and appendage position metrics revealed a clear distinction between the posture of mosquitoes in their putative sleep and awake states for multiple species, which correlate with a reduction in responsiveness to host cues. Sleep assessment informed by these posture analyses indicated significantly more sleep during periods of low activity. Nighttime and daytime sleep deprivation resulting from the delivery of vibration stimuli induced sleep rebound in the subsequent phase in day and night active mosquitoes, respectively. Lastly, sleep deprivation suppressed host landing in both laboratory and field settings and also impaired blood feeding of a human host when mosquitoes would normally be active. These results suggest that quantifiable sleep states occur in mosquitoes, and highlight the potential epidemiological importance of mosquito sleep.

Abstract Aedes aegypti is an important mosquito vector of human disease with a wide distribution across the globe. Climatic conditions and ecological pressure drive differences in the biology of several populations of this mosquito, including blood-feeding behavior and vector competence. However, no study has compared activity and/or sleep among different populations/lineages of Ae. aegypti . Having recently established sleep-like states in three mosquito species with observable differences in timing and amount of sleep among species, we investigated differences in activity and sleep levels among 17 Ae. aegypti lines drawn from both its native range in Africa and its invasive range across the global tropics. Activity monitoring indicates that all the lines show consistent diurnal activity, but significant differences in activity level, sleep amount, number of sleep bouts, and bout duration were observed among the lines. Variations in specific activity and sleep parameters were explained by differences in host preference, ancestry, and human population density for the lineages collected in Africa. This study provides evidence that the diurnal sleep and activity profiles for Ae. aegypti are consistent, but there are significant population differences for Ae. aegypti sleep and activity levels and interactions with humans may significantly impact mosquito activity and sleep.

Abstract The diurnal mosquitoes Aedes aegypti are vectors of several arboviruses, including dengue, yellow fever, and Zika viruses. To find a host to feed on, they rely on the sophisticated integration of olfactory, visual, thermal, and gustatory cues reluctantly emitted by the hosts. If detected by their target, this latter may display defensive behaviors that mosquitoes need to be able to detect and escape. In humans, a typical response is a swat of the hand, which generates both mechanical and visual perturbations aimed at a mosquito. While the neuro-sensory mechanisms underlying the approach to the host have been the focus of numerous studies, the cues used by mosquitoes to detect and identify a potential threat remain largely understudied. In particular, the role of vision in mediating mosquitoes’ ability to escape defensive hosts has yet to be analyzed. Here, we used programmable visual displays to generate expanding objects sharing characteristics with the visual component of an approaching hand and quantified the behavioral response of female mosquitoes. Results show that Ae. aegypti is capable of using visual information to decide whether to feed on an artificial host mimic. Stimulations delivered in a LED flight arena further reveal that landed females Ae. aegypti display a stereotypical escape strategy by taking off at an angle that is a function of the distance and direction of stimulus introduction. Altogether, this study demonstrates mosquitoes can use isolated visual cues to detect and avoid a potential threat. Summary Statement In isolation, visual stimuli programmed to mimic a human swat prevent mosquitoes from blood-feeding by triggering take-offs and escape responses.

Abstract Mosquitoes vector harmful pathogens that infect millions of people every year, and developing approaches to effectively control mosquitoes is a topic of great interest. However, the success of many control measures is highly dependent upon ecological, physiological, and life history traits of the mosquito species. The behavior of mosquitoes and their potential to vector pathogens can also be impacted by these traits. One trait of interest is mosquito body mass, which depends upon many factors associated with the environment in which juvenile mosquitoes develop. Our experiments examined the impact of larval density on the body mass of Aedes aegypti mosquitoes, which are important vectors of dengue, Zika, yellow fever, and other pathogens. To investigate the interactions between the larval environment and mosquito body mass, we built a discrete time mathematical model that incorporates body mass, larval density, and food availability and fit the model to our experimental data. We considered three categories of model complexity informed by data, and selected the best model within each category using Akaike’s Information Criterion. We found that the larval environment is an important determinant of the body mass of mosquitoes upon emergence. Furthermore, we found that larval density has greater impact on body mass of adults at emergence than on development time, and that inclusion of density dependence in the survival of female aquatic stages in models is important. We discuss the implications of our results for the control of Aedes mosquitoes and on their potential to spread disease. Author summary In this work we examined how the environment in which young mosquitoes develop affects their adult body size as measured by adult body mass. Adult size has potential impacts on mosquito behavior and the ability of mosquitoes to transmit disease. We used a combination of experimental work and mathematical modeling to determine important factors affecting adult mosquito body size. In our model, we incorporated potentially interacting aspects of the mosquito life cycle and traits that affect mosquito growth as juveniles. These aspects include body mass, density of the population, and level of available resource. We compared different models to determine the one that best describes the data. As mass at emergence is linked to the success of adult mosquitoes to produce offspring and to their ability transmit pathogens, we discuss how important influences on development and survival of young mosquitoes affect mosquito control and disease spread.

Mosquitoes are important vectors of disease and require sources of carbohydrates for reproduction and survival. Unlike host-related behaviors of mosquitoes, comparatively less is understood about the mechanisms involved in nectar-feeding decisions, or how this sensory information is processed in the mosquito brain. Here we show that Aedes spp. mosquitoes, including Aedes aegypti , are effective pollinators of the Platanthera obtusata orchid, and demonstrate this mutualism is mediated by the orchid’s scent and the balance of excitation and inhibition in the mosquito’s antennal lobe (AL). The P. obtusata orchid emits an attractive, nonanal-rich scent, whereas related Platanthera species – not visited by mosquitoes – emit scents dominated by lilac aldehyde. Calcium imaging experiments in the mosquito AL revealed that nonanal and lilac aldehyde each respectively activate the LC2 and AM2 glomerulus, and remarkably, the AM2 glomerulus is also sensitive to DEET, a mosquito repellent. Lateral inhibition between these two glomeruli reflects the level of attraction to the orchid scents: whereas the enriched nonanal scent of P. obtusata activates the LC2 and suppresses AM2, the high level of lilac aldehyde in the other orchid scents inverts this pattern of glomerular activity, and behavioral attraction is lost. These results demonstrate the ecological importance of mosquitoes beyond operating as disease vectors and open the door towards understanding the neural basis of mosquito nectar-seeking behaviors.Significance Statement Nectar-feeding by mosquitoes is important for survival and reproduction, and hence disease transmission. However, we know little about the sensory mechanisms that mediate mosquito attraction to sources of nectar, like those of flowers, or how this information is processed in the mosquito brain. Using a unique mutualism between Aedes mosquitoes and Platanthera obtusata orchids, we reveal that this mutualism is mediated by the orchid’s scent. Furthermore, lateral inhibition in the mosquito’s antennal (olfactory) lobe – via the neurotransmitter GABA – is critical for the representation of the scent. These results have implications toward understanding the olfactory basis of mosquito-nectar-seeking behaviors.

Mosquitoes can learn to change their host-feeding behaviors, such as shifting activity times to avoid bednets or switching from biting animals to biting humans, leading to the transfer of zoonotic diseases. Dopamine is critical for insect learning, but its role in the antennal lobe remains unclear, and it is unknown whether different mosquito species learn the same odor cues. We assayed aversive olfactory learning and dopaminergic brain innervation in four mosquito species with different host preferences and report here that they differentially learn odors salient to their preferred host and innervation patterns vary across species. Using genetically-encoded GCaMP6s Aedes aegypti , we mapped odor-evoked antennal lobe activity and report that glomeruli tuned to 'learnable' odors have significantly higher dopaminergic innervation. Changes in dopamine expression in the antennal lobes of diverse invertebrate species may be an evolutionary mechanism to adapt olfactory learning circuitry without changing brain structure and for mosquitoes an ability to adapt to other hosts when their preferred are no longer present.

ABSTRACT Mosquitoes use a wide range of cues to find a host to feed on, eventually leading to the transmission of pathogens. Among them, olfactory cues ( e.g. , host emitted odors, including CO 2 , and skin volatiles) play a central role in mediating host seeking behaviors. While mosquito olfaction can be impacted by many factors, such as the physiological state of the insect ( e.g. , age, reproductive state), the impact of environmental temperature on the olfactory system remains unknown. In this study, we quantified the behavioral responses of Aedes aegypti mosquitoes, vectors of dengue, yellow fever and Zika viruses, to host and plant related odors under different environmental temperatures.

How mosquitoes determine which individuals to bite has important epidemiological consequences. This choice is not random; most mosquitoes specialize in one or a few vertebrate host species, and some individuals in a host population are preferred over others. Here we show that aversive olfactory learning contributes to mosquito preference both between and within host species. Combined electrophysiological and behavioural recordings from tethered flying mosquitoes demonstrated that these odours evoke changes in both behaviour and antennal lobe (AL) neuronal responses. Using electrophysiological and behavioural approaches, and CRISPR gene editing, we demonstrate that dopamine plays a critical role in aversive olfactory learning and modulating odour-evoked responses in AL neurons. Collectively, these results provide the first experimental evidence that olfactory learning in mosquitoes can play an epidemiological role.