Mosquitoes represent the major arthropod vectors of human disease worldwide transmitting malaria, lymphatic filariasis, and arboviruses such as dengue virus and Zika virus. Unfortunately, no treatment (in the form of vaccines or drugs) is available for most of these diseases and vector control is still the main form of prevention. The limitations of traditional insecticide-based strategies, particularly the development of insecticide resistance, have resulted in significant efforts to develop alternative eco-friendly methods. Biocontrol strategies aim to be sustainable and target a range of different mosquito species to reduce the current reliance on insecticide-based mosquito control. In this review, we outline non-insecticide based strategies that have been implemented or are currently being tested. We also highlight the use of mosquito behavioural knowledge that can be exploited for control strategies.

Introduction Dengue is one of the most widespread mosquito-borne diseases in the world. The causative agent, dengue virus (DENV), is primarily transmitted by the mosquito Aedes aegypti, a species that has proved difficult to control using conventional methods. The discovery that A. aegypti transinfected with the wMel strain of Wolbachia showed limited DENV replication led to trial field releases of these mosquitoes in Cairns, Australia as a biocontrol strategy for the virus. Methodology/Principal Findings Field collected wMel mosquitoes that were challenged with three DENV serotypes displayed limited rates of body infection, viral replication and dissemination to the head compared to uninfected controls. Rates of dengue infection, replication and dissemination in field wMel mosquitoes were similar to those observed in the original transinfected wMel line that had been maintained in the laboratory. We found that wMel was distributed in similar body tissues in field mosquitoes as in laboratory ones, but, at seven days following blood-feeding, wMel densities increased to a greater extent in field mosquitoes. Conclusions/Significance Our results indicate that virus-blocking is likely to persist in Wolbachia-infected mosquitoes after their release and establishment in wild populations, suggesting that Wolbachia biocontrol may be a successful strategy for reducing dengue transmission in the field.

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 Background Resistance to major public health insecticides in Côte d’Ivoire has intensified and now threatens the long-term effectiveness of malaria vector control interventions. Methods This study evaluated the bioefficacy of conventional and next-generation long-lasting insecticidal nets (LLINs), determined resistance profiles, and characterized molecular and metabolic mechanisms in wild Anopheles coluzzii from South-East Côte d’Ivoire in 2019. Results Phenotypic resistance was intense: more than 25% of mosquitoes survived exposure to ten times the doses of pyrethroids required to kill susceptible populations. Similarly, 24-hour mortality to deltamethrin-only LLINs was very low and not significantly different to an untreated net. Sub-lethal pyrethroid exposure did not induce significant delayed vector mortality 72 hours later. In contrast, LLINs containing the synergist piperonyl butoxide (PBO), or new insecticides, clothianidin and chlorfenapyr, were highly toxic to An. coluzzii . Pyrethroid-susceptible An. coluzzii were significantly more likely to be infected with malaria, compared to those that survived insecticidal exposure. Pyrethroid resistance was associated with significant over-expression of CYP6P4, CPY6Z1 and CYP6P3 . Conclusions Study findings raise concerns regarding the operational failure of standard LLINs and support the urgent deployment of vector control interventions incorporating PBO, chlorfenapyr or clothianidin in areas of high resistance intensity in Côte d’Ivoire.

Abstract Wolbachia is a genus of obligate bacterial endosymbionts that infect a diverse range of arthropod species as well as filarial nematodes, with its single described species, Wolbachia pipientis, divided into several ‘supergroups’ based on multilocus sequence typing. Wolbachia strains in mosquitoes have been shown to inhibit the transmission of human pathogens including Plasmodium malaria parasites and arboviruses. Despite their large host range, Wolbachia strains within the major malaria vectors of the Anopheles (A.) gambiae and A. funestus complexes appear at low density based solely on PCR-based methods. Questions have been raised as to whether this represents a true endosymbiotic relationship. However, recent definitive evidence for two distinct, high-density strains of supergroup B Wolbachia within A. demeilloni and A. moucheti has opened exciting possibilities to explore naturally occurring Wolbachia endosymbionts in Anopheles for biocontrol strategies to block Plasmodium transmission. Here we utilise genomic analyses to demonstrate that both Wolbachia strains have retained all key metabolic and transport pathways despite their smaller genome size. We further confirm the presence of cytoplasmic incompatibility factor genes, despite noticeably few prophage regions. Additionally, phylogenetic analysis indicates that these Wolbachia strains may have been introduced into these two Anopheles species via horizontal transmission events, and unlikely to be by ancestral acquisition and subsequent loss events in the Anopheles gambiae species complex. These are the first Wolbachia genomes that enable us to study the relationship between natural strains Plasmodium malaria parasites and their Anopheline hosts. Impact statement Wolbachia naturally infects a wide range of arthropod species, including insect vectors of human pathogens, where they may play a role in inhibiting their replication. These bacteria have been commonly found within Aedes (Ae.) albopictus and Culex pipiens mosquitoes but have been noticeably absent in the Anopheles mosquito genera, which includes all species responsible for malaria transmission. Recent PCR-based methods have suggested the potential for natural Wolbachia strains within the A. gambiae species complex, which includes major malaria vector species including A. gambiae s.s., A. coluzzii and A. arabiensis . We recently reported the presence of stable Wolbachia strains naturally occurring within two different Anopheles species ( A. demeilloni and A. moucheti) . In this study, we perform comparative genomic analysis of these two Wolbachia genomes against each other and published Wolbachia strains. The current assemblies are some of the smallest sequenced Wolbachia strains of insects, although their metabolic pathway repertoire is comparable to other strains. Interestingly, prophage fragments were identified within only one of the two strains. The findings of this study will be of significant interest to researchers investigating Wolbachia as a potential malaria biocontrol strategy, giving greater insight into the evolution and diversity of this obligate intracellular endosymbiont. Data summary Sequence data generated and used for this analysis are available in the National Centre for Biotechnology Information Sequence Read Archive (NCBI SRA bioproject number PRJNA642000). The two assembled Wolbachia genomes are available with genome accession numbers GCA_018491735.2 and GCA_018491625.2. Additional Wolbachia genomes used for comparative analysis are described in the supplementary material. The authors confirm all supporting data, code and protocols have been provided within the article or through supplementary data files. Additional supplementary data files used to generate several figures can be found at: https://figshare.com/projects/Wolbachia_endosymbionts_in_two_Anopheles_species_indicates_independent_acquisitions_and_lack_of_prophage_elements/126533

Abstract Background Insecticide resistance among mosquito species is now a pervasive phenomenon, which threatens to jeopardise global malaria vector control efforts. Evidence of links between the mosquito microbiota and insecticide resistance is emerging, with significant enrichment of insecticide degrading bacteria and enzymes in resistant populations. Using 16S rRNA amplicon sequencing, we characterised and compared the microbiota of Anopheles ( An. ) coluzzii in relation to their deltamethrin resistance and exposure profiles. Results Comparisons between 2-3 day old deltamethrin resistant and susceptible mosquitoes, demonstrated significant differences in microbiota diversity (PERMANOVA, pseudo-F = 19.44, p=0.0015). Ochrobactrum, Lysinibacillus and Stenotrophomonas genera, each of which comprised insecticide degrading species, were significantly enriched in resistant mosquitoes. Susceptible mosquitoes had a significant reduction in alpha diversity compared to resistant individuals (Shannon index: H=13.91, q=0.0003, Faith’s phylogenetic diversity: H=6.68, q=0.01), with Asaia and Serratia dominating microbial profiles. There was no significant difference in deltamethrin exposed and unexposed 5-6 day old individuals, suggesting that insecticide exposure had minimal impact on microbial composition. Serratia and Asaia were also dominant in 5-6 day old mosquitoes, regardless of exposure or phenotype, and had reduced microbial diversity compared with 2-3 day old mosquitoes. Conclusions Our findings revealed significant alterations of An. coluzzii microbiota associated with deltamethrin resistance, highlighting the potential for identification of novel microbial markers for insecticide resistance surveillance. qPCR detection of Serratia and Asaia was consistent with 16S rRNA sequencing, suggesting that population level field screening of the bacterial microbiota may be feasibly integrated into wider resistance monitoring if reliable and reproducible markers associated with phenotype can be identified.

Abstract Background West Nile virus (WNV) is a zoonotic arbovirus of great medical and veterinary importance, threatening the health of humans and equines worldwide. Mosquitoes belonging to the Culex ( Cx .) pipiens complex are major vectors but numerous other mosquito species have also been implicated as vectors of WNV. Due to variations in blood-feeding behaviour, the different biotypes and hybrids of Cx. pipiens influence the transmission of WNV, from enzootic cycles (between mosquitoes and birds), to spill-over transmission to humans and equines. Methods In this study, mosquitoes were collected and analysed from two regional units (RUs) of Greece with reported cases of WNV within the past 4 years; Palaio Flairo and Argolida (in Attica and Peloponnese regions, respectively). Collections using different types of mosquito surveillance traps were undertaken in May-June 2018 during the early period of the WNV transmission season. Results A total of 1062 mosquitoes were collected, with Biogents Sentinel traps (BG traps) collecting both a greater number of mosquitoes across all species and Cx. pipiens complex individuals than Centres for Disease Control miniature light traps (CDC traps) or Heavy Duty Encephalitis Vector Survey traps (EVS traps). Identification of collected mosquitoes (using both morphological keys and molecular barcoding) confirmed the presence of additional species including Aedes (Ae.) albopictus, Ae. caspius and Culiseta (Cs.) longiareolata . The prevalence of Cx. pipiens biotypes in the RU of Palaio Faliro was 54.5% pipiens type, 20.0% molestus type and 25.5% hybrids. In the RU of Argolida, the collection comprised 68.1% pipiens type, 8.3% molestus type and 23.6% hybrids. Screening individual unfed female mosquitoes for WNV (molecular xenomonitoring) resulted in detection in three females of the pipiens type and in one hybrid; all collected from the RU of Argolida. Conclusions As hybrids play an important role in spill-over transmission of WNV to humans and equines, these findings highlight the importance of undertaking entomological surveillance programs incorporating molecular xenomonitoring at the onset of the transmission season to provide an early warning system for health authorities aiming to prevent WNV outbreaks in Greece.

Abstract The distribution of the black rat ( Rattus rattus ) has been heavily influenced by its association with humans. The dispersal history of this non-native commensal rodent across Europe, however, remains poorly understood, and different introductions may have occurred during the Roman and medieval periods. Here, in order to reconstruct the population history of European black rats, we generated a de novo genome assembly of the black rat, 67 ancient black rat mitogenomes and 36 ancient nuclear genomes from sites spanning the 1 st -17 th centuries CE in Europe and North Africa. Analyses of mitochondrial DNA confirm that black rats were introduced into the Mediterranean and Europe from Southwest Asia. Genomic analyses of the ancient rats reveal a population turnover in temperate Europe between the 6 th and 10 th centuries CE, coincident with an archaeologically attested decline in the black rat population. The near disappearance and re-emergence of black rats in Europe may have been the result of the breakdown of the Roman Empire, the First Plague Pandemic, and/or post-Roman climatic cooling.

Abstract Culex (Cx.) tritaeniorhynchus is a mosquito species with an extensive and expanding inter-continental geographic distribution, currently reported in over 50 countries, across Asia, Africa, the Middle East, Europe and now Australia. It is an important vector of medical and veterinary concern, capable of transmitting multiple arboviruses which cause significant morbidity and mortality in human and animal populations. In regions endemic for Japanese encephalitis virus (JEV) in Asia, Cx. tritaeniorhynchus is considered the major vector and this species has also been shown to contribute to the transmission of several other significant zoonotic arboviruses, including Rift Valley fever virus and West Nile virus. Significant variation in vectorial capacity can occur between different vector populations. Obtaining knowledge of a species from across its geographic range is crucial to understanding its significance for pathogen transmission across diverse environments and localities. Vectorial capacity can be influenced by factors including the mosquito genetic background, composition of the microbiota associated with the mosquito and the co-infection of human or animal pathogens. In addition to enhancing information on vector surveillance and potential risks for pathogen transmission, determining the genetic and microbial diversity of distinct populations of a vector species is also critical for the development and application of effective control strategies. In this study, multiple geographically dispersed populations of Cx. tritaeniorhynchus from countries within Europe, Africa, Eurasia and Asia were sampled. Molecular analysis demonstrated a high level of genetic and microbial diversity within and between populations, including genetic divergence in the mosquito CO1 gene, as well as diverse microbiomes identified by 16S rRNA gene amplicon sequencing. Evidence for the detection of the endosymbiotic bacteria Wolbachia in some populations was confirmed using Wolbachia -specific PCR detection and sequencing of Wolbachia MLST genes; in addition to PCR-based detection of insect-specific viruses. Laboratory vector competence showed Cx. tritaeniorhynchus from a Greek population are likely to be competent vectors of JEV. This study expands understanding of the diversity of Cx. tritaeniorhynchus across its inter-continental range, highlights the need for a greater focus on this invasive vector species and helps to inform potential future directions for development of vector control strategies.