Abstract The innate immune system of insects is divided into humoral defenses that include the production of soluble effector molecules and cellular defenses like phagocytosis and encapsulation that are mediated by hemocytes. This review summarizes current understanding of the cellular immune response. Insects produce several terminally differentiated types of hemocytes that are distinguished by morphology, molecular and antigenic markers, and function. The differentiated hemocytes that circulate in larval or nymphal stage insects arise from two sources: progenitor cells produced during embryogenesis and mesodermally derived hematopoietic organs. Regulation of hematopoiesis and hemocyte differentiation also involves several different signaling pathways. Phagocytosis and encapsulation require that hemocytes first recognize a given target as foreign followed by activation of downstream signaling and effector responses. A number of humoral and cellular receptors have been identified that recognize different microbes and multicellular parasites. In turn, activation of these receptors stimulates a number of signaling pathways that regulate different hemocyte functions. Recent studies also identify hemocytes as important sources of a number of humoral effector molecules required for killing different foreign invaders.

Abstract Field studies indicate adult mosquitoes ( C ulicidae) host low diversity communities of bacteria that vary greatly among individuals and species. In contrast, it remains unclear how adult mosquitoes acquire their microbiome, what influences community structure, and whether the microbiome is important for survival. Here, we used pyrosequencing of 16S r RNA to characterize the bacterial communities of three mosquito species reared under identical conditions. Two of these species, A edes aegypti and A nopheles gambiae , are anautogenous and must blood‐feed to produce eggs, while one, G eorgecraigius atropalpus , is autogenous and produces eggs without blood feeding. Each mosquito species contained a low diversity community comprised primarily of aerobic bacteria acquired from the aquatic habitat in which larvae developed. Our results suggested that the communities in A e. aegypti and A n. gambiae larvae share more similarities with one another than with G . atropalpus . Studies with A e. aegypti also strongly suggested that adults transstadially acquired several members of the larval bacterial community, but only four genera of bacteria present in blood fed females were detected on eggs. Functional assays showed that axenic larvae of each species failed to develop beyond the first instar. Experiments with A e. aegypti indicated several members of the microbial community and E scherichia coli successfully colonized axenic larvae and rescued development. Overall, our results provide new insights about the acquisition and structure of bacterial communities in mosquitoes. They also indicate that three mosquito species spanning the breadth of the C ulicidae depend on their gut microbiome for development.

Abstract Mosquitoes are insects of interest because several species vector disease‐causing pathogens to humans and other vertebrates. We previously reported that mosquitoes from long‐term laboratory cultures require living bacteria in their gut to develop, but development does not depend on particular species of bacteria. Here, we focused on three distinct but interrelated areas of study to better understand the role of bacteria in mosquito development by studying field and laboratory populations of Aedes aegypti , Aedes albopictus and Culex quinquefasciatus from the southeastern United States. Sequence analysis of bacterial 16S rRNA gene amplicons showed that bacterial community composition differed substantially in larvae from different collection sites, whereas larvae from the same site shared similarities. Although previously unknown to be infected by Wolbachia , results also indicated that Ae. aegypti from one field site hosted a dual infection. Regardless of collection site or factors like Wolbachia infection, however, each mosquito species required living bacteria in their digestive tract to develop. Results also identified several concerns in using antibiotics to eliminate the bacterial community in larvae in order to study its developmental consequences. Altogether, our results indicate that several mosquito species require living bacteria for development. We also hypothesize these species do not rely on particular bacteria because larvae do not reliably encounter the same bacteria in the aquatic habitats they develop in.

Abstract Background Arthropods comprise the largest and most diverse phylum on Earth and play vital roles in nearly every ecosystem. Their diversity stems in part from variations on a conserved body plan, resulting from and recorded in adaptive changes in the genome. Dissection of the genomic record of sequence change enables broad questions regarding genome evolution to be addressed, even across hyper-diverse taxa within arthropods. Results Using 76 whole genome sequences representing 21 orders spanning more than 500 million years of arthropod evolution, we document changes in gene and protein domain content and provide temporal and phylogenetic context for interpreting these innovations. We identify many novel gene families that arose early in the evolution of arthropods and during the diversification of insects into modern orders. We reveal unexpected variation in patterns of DNA methylation across arthropods and examples of gene family and protein domain evolution coincident with the appearance of notable phenotypic and physiological adaptations such as flight, metamorphosis, sociality and chemoperception. Conclusions These analyses demonstrate how large-scale comparative genomics can provide broad new insights into the genotype to phenotype map and generate testable hypotheses about the evolution of animal diversity.

Female mosquitoes produce eggs in gonadotrophic cycles that are divided between a previtellogenic and vitellogenic phase. Previtellogenic females consume water and sugar sources like nectar while also being attracted to hosts for blood feeding. Consumption of a blood meal activates the vitellogenic phase, which produces mature eggs and suppresses host attraction. In this study, we tested the hypothesis that neuropeptide Y-like hormones differentially modulate host attraction behavior in the mosquito Aedes aegypti . A series of experiments collectively indicated that enteroendocrine cells (EECs) in the posterior midgut produce and release neuropeptide F (NPF) into the hemolymph during the previtellogenic phase which stimulates attraction to humans and biting behavior. Consumption of a blood meal, which primarily consists of protein by dry weight, down-regulated NPF in EECs until mature eggs developed, which was associated with a decline in hemolymph titer. NPF depletion depended on protein digestion but was not associated with EEC loss. Other experiments showed that neurons in the terminal ganglion extend axons to the posterior midgut and produce RYamide, which showed evidence of increased secretion into circulation after a blood meal. Injection of RYamide-1 and -2 into previtellogenic females suppressed host attraction, while coinjection of RYamides with or without short NPF-2 also inhibited the host attraction activity of NPF. Overall, our results identify NPF and RYamide as gut-associated hormones in A. aegypti that link host attraction behavior to shifts in diet during sequential gonadotrophic cycles.

The Drosophila melanogaster Toll-Spätzle pathway plays an important role in development and immunity. Drosophila genome encodes nine Toll receptors and six Spätzle (Spz) proteins, and only the canonical Toll-Spz (Toll-1-Spz-1) pathway has been well investigated. In this study, we compared the nine Drosophila Tolls and showed that similarly to Toll, Toll-7 also strongly activated drosomycin promoter. Importantly, we showed that both Toll and Toll-7 interacted with Spz, Spz-2 and Spz-5, and co-expression of Toll or Toll-7 with Spz, Spz-2 and Spz-5 activated the drosomycin promoter. Furthermore, Toll and Toll-7 both recognized vesicular stomatitis virus (VSV) by binding to the VSV glycoprotein. Septic infection in Toll and Toll-7 mutant flies suggested that Toll and Toll-7 differentially affected defense responses in adult males and females after systemic infection by Enterococcus faecalis, Pseudomonas aeruginosa, Candida albicans or VSV. Our results suggest multiple Toll family members activate the expression of antimicrobial peptides. Our results also provide evidence that Toll and Toll-7 bind multiple Spätzle proteins and differentially affect immune defense against different pathogens in adult male and female flies.

Abstract The mosquito family Culicidae is divided into two subfamilies named the Culicinae and Anophelinae. Nix , the dominant male-determining factor, has only been found in the culicines Aedes aegypti and Ae. albopictus , two important arboviral vectors that belong to the subgenus Stegomyia. Here we performed sex-specific whole-genome sequencing and RNAseq of divergent mosquito species and explored additional male-inclusive datasets to investigate the distribution of Nix . Except for the Culex genus, Nix homologs were found in all species surveyed from the Culicinae subfamily, including 12 additional species from three highly divergent tribes comprising 4 genera, suggesting Nix originated at least 133-165 MYA. Heterologous expression of one of three divergent Nix ORFs in Ae. aegypti resulted in partial masculinization of genetic females as evidenced by morphology and doublesex splicing. It is not clear whether insufficient transgene expression or sequence divergence or both are responsible for the lack of phenotype for the other two. Phylogenetic analysis suggests Nix is related to femaleless ( fle ), a recently described intermediate sex-determining factor found exclusively in anopheline mosquitoes. Nix from all species has a conserved structure, including three RNA-recognition motifs (RRMs), as does fle . However, Nix has evolved at a much faster rate than fle . The RRM3 of both Nix and fle are related to the single RRM of a widely distributed and conserved splicing factor transformer-2 ( tra2 ). RRM3-based phylogenetic analysis suggests this domain in Nix and fle may have evolved from tra2 in a common ancestor of mosquitoes. Our results provide insights into the evolution of sex-determination and homomorphic sex chromosomes in mosquitoes, and will inform broad applications of mosquito-control strategies based on manipulating sex ratios towards the non-biting males.

Females of many mosquito species feed on vertebrate blood to produce eggs, making them effective disease vectors. In the dengue vector Aedes aegypti , blood feeding signals the brain to release ovary ecdysteroidogenic hormone (OEH) and insulin-like peptides (ILPs) that trigger ecdysteroid production by the ovaries. These ecdysteroids regulate synthesis of the yolk protein vitellogenin (Vg) that is packaged into eggs. Less is known about the reproductive biology of Anopheles mosquitoes, which pose a greater public health threat than Aedes spp. because they are competent to transmit mammalian malaria. ILPs can trigger An. stephensi ovaries to secrete ecdysteroids. Unlike Ae. aegypti , Anopheles also transfer ecdysteroids from Anopheles males to females during mating. To elucidate the role of OEH and ILPs in An. stephensi , we decapitated blood-fed females to ablate the source of these peptides and injected them with each hormone. Yolk deposition into oocytes was abolished in decapitated females and rescued by ILP injection. ILP activity was dependent on blood feeding and little change in triglyceride and glycogen stores was observed in response to blood-feeding, suggesting this species requires nutrients from blood to form eggs. We also measured egg maturation, ecdysteroid titers, and yolk protein expression in mated and virgin females. Although yolk deposition into developing oocytes was significantly reduced in virgins compared to mated females, no differences in ecdysteroid titers or Vg transcript abundance were detected between these groups. 20-hydroxyecdysone (20E) stimulated Vg expression in female fat bodies in primary culture. Given these results, we conclude that ILPs control egg formation by regulating ecdysteroid production in the ovaries.

Thousands of endoparasitoid wasp species in the families Braconidae and Ichneumonidae harbor "domesticated endogenous viruses" (DEVs) in their genomes. This study focuses on ichneumonid DEVs, named ichnoviruses (IVs), which derive from an unknown virus and produce virions in ovary calyx cells during the pupal and adult stages of female wasps. Females inject IV virions into host insects when laying eggs. Virions infect cells which express IV genes with functions required for wasp progeny development. IVs have a dispersed genome consisting of two genetic components: proviral segment loci that serve as templates for circular dsDNAs that are packaged into capsids, and genes from an ancestral virus controlling virion production. Because of the lack of homology with known viral genes, the molecular control mechanisms of IV genome are largely uncharacterized. We generated a chromosome-scale genome assembly for Hyposoter didymator and identified a total of 67 H. didymator ichnovirus (HdIV) loci distributed across the 12 wasp chromosomes. By analyzing genomic DNA levels, we found that all HdIV loci were locally amplified in calyx cells during the wasp pupal stage, suggesting the implication of viral proteins in DNA replication. We tested a candidate HdIV gene, U16, encoding a protein with a conserved domain found in primases and which is transcribed in calyx cells during the initial stages of replication. Knockdown of U16 by RNA interference inhibited amplification of all HdIV loci, as well as HdIV gene transcription, circular molecule production and virion morphogenesis in calyx cells. Altogether, our results showed that viral DNA amplification is an early step of IV replication essential for virions production, and demonstrated the implication of the viral gene U16 in this process.