Abstract Wolbachia , a widespread bacterium that can reduce pathogen transmission in mosquitoes, has been detected within populations of Anopheles (An.) malaria vectors. In the An. gambiae complex, the primary vectors in Sub-Saharan Africa, Wolbachia strains are at low density and infection frequencies in wild populations. PCR-independent evidence is required to determine whether Wolbachia strains are true endosymbionts in Anopheles given most studies to date have used nested-PCR to identify strains. Here we report high-density strains found in geographically diverse populations of An. moucheti and An . demeilloni . Fluorescent in situ hybridization localized a heavy infection in the ovaries of An. moucheti and maternal transmission was observed. Genome sequencing of both strains obtained genome depths and coverages comparable to other known infections. Notably, homologs of cytoplasmic incompatibility factor ( cif ) genes were present indicating these strains possess the capacity to induce the phenotype cytoplasmic incompatibility which allows Wolbachia to spread through populations. The characteristics of these two strains suggest they are ideal candidates for Wolbachia biocontrol strategies in Anopheles .

Abstract The mosquito microbiome is critical for host development and plays a major role in many aspects of mosquito biology. While the microbiome is commonly dominated by a small number of genera, there is considerable variation in composition among mosquito species, life stages, and geography. How the host controls and is affected by this variation is unclear. Using microbiome transplant experiments, we asked whether there were differences in transcriptional responses when mosquitoes of different species were used as microbiome donors. We used microbiomes from four different donor species spanning the phylogenetic breadth of the Culicidae, collected either from the laboratory or field. We found that when recipients received a microbiome from a donor reared in the laboratory, the response was remarkably similar regardless of donor species. However, when the donor had been collected from the field, far more genes were differentially expressed. We also found that while the transplant procedure did have some effect on the host transcriptome, this is likely to have had a limited effect on mosquito fitness. Overall, our results highlight the possibility that variation in mosquito microbiome communities are associated with variability in host-microbiome interactions and further demonstrate the utility of the microbiome transplantation technique.

ABSTRACT Mayaro virus (MAYV) is an arboviral pathogen in the genus Alphavirus that is circulating in South America with potential to spread to naïve regions. MAYV is also one of the few viruses with the ability to be transmitted by mosquitoes in the genus Anopheles , as well as the typical arboviral transmitting mosquitoes in the genus Aedes . Few studies have investigated the infection response of Anopheles mosquitoes. In this study we detail the transcriptomic and small RNA responses of An. stephensi to infection with MAYV via infectious bloodmeal at 2, 7, and 14 days post infection (dpi). 487 unique transcripts were significantly regulated, 78 putative novel miRNAs were identified, and an siRNA response is observed targeting the MAYV genome. Gene ontology analysis of transcripts regulated at each timepoint suggested activation of the Toll pathway at 7 dpi and repression of pathways related to autophagy and apoptosis at 14 dpi. These findings provide a basic understanding of the infection response of An. stephensi to MAYV and help to identify host factors which might be useful to target to inhibit viral replication in Anopheles mosquitoes. AUTHOR SUMMARY Mayaro virus (MAYV) is a mosquito-borne Alphavirus responsible for outbreaks in South America and the Caribbean. In this study we infected Anopheles stephensi with MAYV and sequenced mRNA and small RNA to understand how MAYV infection impacts gene transcription and the expression of small RNAs in the mosquito vector. Genes involved with innate immunity and signaling pathways related to cell death are regulated in response to MAYV infection of An. stephensi , we also discover novel miRNAs and describe the expression patterns of miRNAs, siRNAs, and piRNAs following bloodmeal ingestion. These results suggest that MAYV does induce a molecular response to infection in its mosquito vector species.

Abstract Background Mosquitoes harbor microbial communities that play important roles in their growth, survival, reproduction, and ability to transmit human pathogens. Microbiome transplantation approaches are often used to study host-microbe interactions and identify microbial taxa and assemblages associated with health or disease. However, no such approaches have been developed to manipulate the microbiota of mosquitoes. Results Here, we developed an approach to transfer entire microbial communities between mosquito cohorts. We undertook transfers between ( Culex quinquefasciatus to Aedes aegypti) and within ( Ae. aegypti to Ae. aegypti ) species to validate the approach and determine the number of mosquitoes required to prepare donor microbiota. After the transfer, we monitored mosquito development and microbiota dynamics throughout the life cycle. Typical holometabolous lifestyle-related microbiota structures were observed, with higher dynamics of microbial structures in larval stages, including the larval water, and less diversity in adults. Microbiota diversity in recipient adults was also more similar to the microbiota diversity in donor adults. Conclusions This study provides the first evidence for successful microbiome transplantation in mosquitoes. Our results highlight the value of such methods for studying mosquito-microbe interactions and lay the foundation for future studies to elucidate the factors underlying microbiota acquisition, assembly, and function in mosquitoes under controlled conditions.

Zika virus (ZIKV) of the Flaviviridae family is a recently emerged mosquito-borne virus that has been implicated in the surge of the number of microcephaly instances in South America. The recent rapid spread of the virus led to its declaration as a global health emergency by the World Health Organization. The virus is transmitted mainly by the mosquito Aedes aegypti that also vectors dengue virus, however little is known about the interactions of the virus with the mosquito vector. In this study, we investigated the transcriptome profiles of whole Ae. aegypti mosquitoes in response to ZIKV infection at 2, 7, and 14 days post-infection using RNA-Seq. Results showed changes in the abundance of a large number of transcripts at each time point following infection, with 18 transcripts commonly changed among the three time points. Gene ontology analysis revealed that most of the altered genes are involved in metabolic process, cellular process and proteolysis. In addition, 486 long intergenic non-coding RNAs were identified that were altered upon ZIKV infection. Further, we found correlational changes of a number of potential mRNA target genes with that of altered host microRNAs. The outcomes provide a basic understanding of Ae. aegypti responses to ZIKV and helps to determine host factors involved in replication or mosquito host anti-viral response against the virus.

Background: Symbiotic bacteria are pervasive in mosquitoes and their presence can influence many host phenotypes that affect vectoral capacity. While it is evident that environmental and host genetic factors contribute in shaping the microbiome of mosquitoes, we have a poor understanding regarding how bacterial genetics affects colonization of the mosquito gut. The CRISPR/Cas9 gene editing system is a powerful tool to alter bacterial genomes facilitating investigations into host-microbe interactions but has yet to be applied to insect symbionts. Methodology/Principal Findings: To investigate the role of bacterial factors in mosquito biology and in colonization of mosquitoes we used CRISPR/Cas9 gene editing system to mutate the outer membrane protein A (ompA) gene of an Enterobacter symbiont isolated from Aedes mosquitoes. The ompA mutant had an impaired ability to form biofilms and poorly infected Ae. aegypti when reared in a mono-association under gnotobiotic conditions. In adults the mutant had a significantly reduced infection prevalence compared to the wild type or complement strains, while no differences in prevalence were seen in larvae, suggesting bacterial genetic factors are particularly important for adult gut colonization. We also used the CRISPR/Cas9 system to integrate genes (antibiotic resistance and fluorescent markers) into these symbionts genome and demonstrated that these genes were functional in vitro and in vivo. Conclusions/Significance: Our results shed insights onto the role of ompA gene in host-microbe interactions in Ae. aegypti and confirm that CRISPR/Cas9 gene editing can be employed for genetic manipulation of non-model gut microbes. The ability to use this technology for site-specific integration of genes into the symbiont will facilitate the development of paratransgenic control strategies to interfere with arboviral pathogens such Chikungunya, dengue, Zika and Yellow fever viruses transmitted by Aedes mosquitoes.

Microbial interactions are an underappreciated force in shaping insect microbiome communities. Although pairwise patterns of symbiont interactions have been identified, we have a poor understanding regarding the scale and the nature of co-occurrence and co-exclusion interactions within the microbiome. To characterize these patterns in mosquitoes, we sequenced the bacterial microbiome of Aedes aegypti, Ae. albopictus, and Culex quinquefasciatus caught in the field or reared in the laboratory and used these data to generate interaction networks. For collections, we used traps that attracted host-seeking or ovipositing female mosquitoes to determine how physiological state affects the microbiome under field conditions. Interestingly, we saw few differences in species richness or microbiome community structure in mosquitoes caught in either trap. Co-occurrence and co-exclusion analysis identified 116 pairwise interactions substantially increasing the list of bacterial interactions observed in mosquitoes. Networks generated from the microbiome of Ae. aegypti often included highly interconnected hub bacteria. There were several instances where co-occurring bacteria co-excluded a third taxa, suggesting the existence of tripartite relationships. Several associations were observed in multiple species or in field and laboratory-reared mosquitoes indicating these associations are robust and not influenced by environmental or host factors. To demonstrate that microbial interactions can influence colonization of the host, we administered symbionts to Ae. aegypti larvae that either possessed or lacked their resident microbiota. We found that the presence of resident microbiota can inhibit colonization of particular bacterial taxa. Our results highlight that microbial interactions in mosquitoes are complex and influence microbiome composition.

The Anopheles mosquito microbiome contains resident bacteria that can influence Plasmodium malaria parasite development. The endosymbiotic bacterium Wolbachia resides in ~40% of insect species but historically was considered absent from Anopheles species (with competing endosymbiotic bacteria such as Asaia postulated to prevent establishment). Recently, Wolbachia strains in wild An. gambiae populations was discovered, suggesting this endosymbiont may be more widespread in malaria vectors. In this study, Anopheles species from five malaria-endemic countries were analysed and Wolbachia strains were discovered in Anopheles coluzzii, Anopheles gambiae s.s., Anopheles moucheti and Anopheles species A. These novel Wolbachia strains are phylogenetically diverse, and high density infections in An. moucheti and Anopheles species A dominated the microbiota. We found no evidence of Wolbachia/Asaia co-infections, or for either of these two endosymbionts having any significant effect on malaria prevalence. We discuss the importance of novel Wolbachia strains in Anopheles species and potential implications for disease control.

Abstract Cell fusing agent virus (CFAV) is an insect specific flavivirus (ISF) found in field and laboratory populations of Aedes aegypti . ISFs have recently demonstrated the ability to block the transmission of arboviruses such as dengue, West Nile and Zika viruses. It is thought that vertical transmission is the main route for ISF infections. This has been observed with CFAV, but there is evidence of horizontal and venereal transmission in other ISFs. Understanding the route of transmission can inform strategies to spread ISFs to wild vector populations as a method of controlling pathogenic arboviruses. We crossed individually reared male and female mosquitoes from both a naturally occurring CFAV-positive Ae. aegypti colony and its negative counterpart to provide information on maternal, paternal, and horizontal transmission. RT-PCR was used to detect CFAV in individual female mosquito pupal exuviae and was 89% sensitive, but only 41% in male mosquito pupal exuviae. This is a possible way to screen individuals for infection without destroying the adults. Female-to-male horizontal transmission was not observed during this study, however there was a 31% transmission rate from mating pairs of CFAV-positive males to negative female mosquitoes. Maternal vertical transmission was observed with a filial infection rate of 93%. The rate of paternal transmission was 85% when the female remained negative, 61% when the female acquired CFAV horizontally, and 76% overall. Maternal and paternal transmission of CFAV could allow the introduction of this virus into wild Ae. aegypti populations through male or female mosquito releases, and thus provides a potential strategy for ISF-derived arbovirus control.

Manipulation of natural mosquito populations using the endosymbiotic bacteria Wolbachia is being investigated as a novel strategy to reduce the burden of mosquito-borne viruses. To evaluate the efficacy of these interventions, it will be critical to determine Wolbachia infection frequencies in Aedes aegypti mosquito populations. However, current diagnostic tools are not well-suited to fit this need. Morphological methods cannot identify Wolbachia, immunoassays often suffer from low sensitivity and poor throughput, while PCR and spectroscopy require complex instruments and technical expertise, which restrict their use to centralized laboratories. To address this unmet need, we have used loop-mediated isothermal amplification (LAMP) and oligonucleotide strand displacement (OSD) probes to create a one-pot sample-to-answer nucleic acid diagnostic platform for vector and symbiont surveillance. LAMP-OSD assays can directly amplify target nucleic acids from macerated mosquitoes without requiring nucleic acid purification and yield specific single endpoint yes/no fluorescence signals that are observable to eye or by cellphone camera. We demonstrate cellphone-imaged LAMP-OSD tests for two targets, the Aedes aegypti cytochrome oxidase I (coi) gene and the Wolbachia surface protein (wsp) gene, and show a limit of detection of 4 and 40 target DNA copies, respectively. In a blinded test of 90 field-caught mosquitoes, the coi LAMP-OSD assay demonstrated 98% specificity and 97% sensitivity in identifying Ae. aegypti mosquitoes even after 3 weeks of storage without desiccant at 37 °C. Similarly, the wsp LAMP-OSD assay readily identified the wAlbB Wolbachia strain in field-collected Aedes albopictus mosquitoes without generating any false positive signals. Modest technology requirements, minimal execution steps, simple binary readout, and robust accuracy make the LAMP-OSD-to-cellphone assay platform well suited for field vector surveillance in austere or resource-limited conditions.