Helicoverpa armigera and Helicoverpa zea are major caterpillar pests of Old and New World agriculture, respectively. Both, particularly H. armigera, are extremely polyphagous, and H. armigera has developed resistance to many insecticides. Here we use comparative genomics, transcriptomics and resequencing to elucidate the genetic basis for their properties as pests.

The endosymbiont Wolbachia is common among insects and known for the reproductive manipulations it exerts on hosts as well as inhibition of virus replication in their hosts. Recently, we showed that Wolbachia uses host microRNAs to manipulate host gene expression for its efficient maintenance in the dengue mosquito vector, Aedes aegypti . Cytosine methylation is mediated by a group of proteins called DNA (cytosine-5) methyltransferases, which are structurally and functionally conserved from prokaryotes to eukaryotes. The biological functions of cytosine methylation include host defense, genome stability, gene regulation, developmental promotion of organs, and lifespan regulation. Ae. aegypti has only one DNA methyltransferase gene ( AaDnmt2 ) belonging to the cytosine methyltransferase family 2, which is the most deeply conserved and widely distributed gene among metazoans. Here, we show that in mosquitoes the introduced endosymbiont, Wolbachia , significantly suppresses expression of AaDnmt2 , but dengue virus induces expression of AaDnmt2 . Interestingly, we found that aae-miR-2940 microRNA, which is exclusively expressed in Wolbachia -infected mosquitoes, down-regulates the expression of AaDnmt2 . Reversely, overexpression of AaDnmt2 in mosquito cells led to inhibition of Wolbachia replication, but significantly promoted replication of dengue virus, suggesting a causal link between this Wolbachia manipulation and the blocking of dengue replication in Wolbachia -infected mosquitoes. In addition, our findings provide an explanation for hypomethylation of the genome in Wolbachia -infected Ae. aegypti.

Abstract Insect specific viruses (ISVs) of the yellow fever mosquito Aedes aegypti have been demonstrated to modulate transmission of arboviruses such as dengue virus (DENV) and West Nile virus by the mosquito. The diversity and composition of the virome of Ae. aegypti , however, remains poorly understood. In this study, we characterised Aedes anphevirus (AeAV), a negative-sense RNA virus from the order Mononegavirales . AeAV identified from Aedes cell lines were infectious to both Ae. aegypti and Aedes albopictus cells, but not to three mammalian cell lines. To understand the incidence and genetic diversity of AeAV, we assembled 17 coding-complete and two partial genomes of AeAV from available RNA-Seq data. AeAV appears to transmit vertically and be present in laboratory colonies, wild-caught mosquitoes and cell lines worldwide. Phylogenetic analysis of AeAV strains indicates that as the Ae. aegypti mosquito has expanded into the Americas and Asia-Pacific, AeAV has evolved into monophyletic African, American and Asia-Pacific lineages. The endosymbiotic bacterium Wolbachia pipientis restricts positive-sense RNA viruses in Ae. aegypti . Re-analysis of a small RNA library of Ae. aegypti cells co-infected with AeAV and Wolbachia produces an abundant RNAi response consistent with persistent virus replication. We found Wolbachia enhances replication of AeAV when compared to a tetracycline cleared cell line, and AeAV modestly reduces DENV replication in vitro . The results from our study improve understanding of the diversity and evolution of the virome of Ae. aegypti and adds to previous evidence that shows Wolbachia does not restrict a range of negative strand RNA viruses.

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.

The endosymbiotic bacterium Wolbachia pipientis has been shown to restrict a range of RNA viruses in Drosophila melanogaster and transinfected dengue mosquito, Aedes aegypti. Here, we show that Wolbachia infection enhances replication of Aedes albopictus densovirus (AalDNV-1), a single stranded DNA virus, in Aedes cell lines in a density-dependent manner. Analysis of previously produced small RNAs of Aag2 cells showed that Wolbachia-infected cells produced greater proportions of viral derived short interfering RNAs as compared to uninfected cells. Additionally, we found production of viral derived PIWI-like RNAs (vpiRNA) produced in response to AalDNV-1 infection. Nuclear fractions of Aag2 cells produced a primary vpiRNA signature U1 bias whereas the typical ping-pong signature (U1 - A10) was evident in the cytoplasmic fraction. This is the first report of the density-dependent enhancement of DNA viruses by Wolbachia. Further, we report the generation of vpiRNAs in a DNA virus-host interaction for the first time.

Wolbachia are intracellular α-proteobacteria that have a wide distribution among various arthropods and nematodes. They affect the host reproduction favoring their maternal transmission, which sets up a potential conflict in inbreeding situations when the host avoids sexual reproduction preventing inbreeding depression, while Wolbachia pushes it. In this study, we used the wasp Habrobracon hebetor to test the hypothesis that Wolbachia modulate inbreeding avoidance behaviour and promote sib mating. To test this, we first cured wasps of Wolbachia using tetracycline treatment and produced infected and uninfected isolines. Then, we paired the uninfected and infected females with sibling (inbred) and non-sibling (outbred) males in choice and non-choice experiments. Our results showed no obvious precopulatory inbreeding avoidance in this wasp as brother-sister mating rates (in both choice and nonchoice experiments) were not significantly different form non-sibling pairs, regardless of Wolbachia infection. However, our results indicated that H. hebetor shows a strong postcopulatory inbreeding avoidance behaviour that results in a low fertilization rate of uninfected siblings and therefore high rate of production of male progeny was obtained. We observed higher rates of fertilization success in the Wolbachia-infected lines that resulted in significantly higher female progeny production compared to the uninfected sib mates. Since diploid females are the result of successful fertilization due to haplodiploidy sex determination system in this insect, our results indicate that Wolbachia promoted fertile sib mating in H. hebetor. Interestingly, the rate of adult emergence in the progeny of Wolbachia-infected sib mates were almost similar to the non-sib mate crosses and significantly more than those observed in the uninfected sib mate crosses. We support the idea that Wolbachia modulate inbreeding avoidance and promote sib mating and also mitigate inbreeding depression. The wasp Habrobracon hebetor siblings infected with Wolbachia show higher rates of fertilization success and higher adult emergence rates compared to the uninfected sib mates. By promoting successful sex with siblings and increasing the probability of female progeny, Wolbachia enhance their transmission to the next generation and also mitigate inbreeding depression. This is an undescribed effect of Wolbachia (symbiont) on the host reproduction.

BACKGROUND: Haematobia spp., horn flies (HF) and buffalo flies (BF), are economically important ectoparasites of dairy and beef cattle. Control of these flies relies mainly on the treatment of cattle with chemical insecticides. However, the development of resistance to commonly used compounds is compromising the effectiveness of these treatments and alternative methods of control are required. Wolbachia are maternally transmitted endosymbiotic bacteria of arthropods that cause various reproductive distortions and fitness effects, making them a potential candidate for use in the biological control of pests. RESULTS: Here we report the successful establishment of a continuous HF cell line (HIE-18) from embryonic cells and its stable transinfection with Wolbachia strain wAlbB native to mosquitoes, and wMel and wMelPop native to Drosophila melanogaster. The established HIE-18 cells are typically round and diploid with ten chromosomes (2n = 10) or tetraploid with 20 chromosomes (4n=20) having a doubling time of 67.2 hours. Wolbachia density decreased significantly in the HIE-18 cells in the first 48 hours of infection, possibly due to overexpression of antimicrobial peptides through the Imd immune signalling pathway. However, density recovered after this time and stably Wolbachia-infected HIE-18 cell lines have now all been subcultured more than 50 times as persistently infected lines. CONCLUSION: The amenability of HF to infection with different strains of Wolbachia suggests the potential for use of Wolbachia in novel approaches for the control of Haematobia spp. Further, the availability of the HIE-18 cell line will provide an important resource for the study of genetics, host-parasite interactions and chemical resistance in Haematobia populations.

A widespread insect endosymbiont Wolbachia is currently of much interest for use in novel strategies for the control of insect pests and blocking transmission of insect-vectored diseases. Wolbachia-induced effects can vary from beneficial to detrimental depending on host biology and the genetic background of the infecting strains. As a first step towards investigating the potential of Wolbachia for use in the biocontrol of buffalo flies (BF), embryos, pupae, and adult female BF were injected with three different Wolbachia strains (wAlbB, wMel and wMelPop). BF eggs were not easily injected because of their tough outer chorion and embryos were frequently damaged resulting in less than 1% hatch rate of microinjected eggs. No Wolbachia infection was recorded in flies successfully reared from injected eggs. Adult and pupal injection gave a much higher survival rate and resulted in somatic infection and germinal tissue infection in surviving flies with transmission to the succeeding generations on a number of occasions. Investigations of infection dynamics in flies from injected pupae confirmed that Wolbachia were increasing in numbers in BF somatic tissues and ovarian infections were confirmed with wMel and wMelPop in some instances, though not with wAlbB. Measurement of fitness traits indicated reduced longevity, decreased and delayed adult emergence, and reduced fecundity in Wolbachia-infected flies in comparison to mock-injected flies. Furthermore, fitness effects varied according to the Wolbachia strain injected with most marked reductions seen in the wMelPop-injected flies and least severe effects seen with the wAlbB strain.

Abstract The mosquito Aedes aegypti is the primary vector of a range of medically important viruses including dengue, Zika, West Nile, yellow fever, and chikungunya viruses. The endosymbiotic bacterium Wolbachia pipientis w AlbB strain is a promising biocontrol agent for blocking viral transmission by Ae. aegypti . To predict the long-term efficacy of field applications, a thorough understanding of the interactions between symbiont, host, and pathogen is required. Wolbachia influence host physiology in a variety of ways including reproduction, immunity, metabolism, and longevity. MicroRNAs (miRNAs) are highly conserved small non-coding RNAs that regulate gene expression in eukaryotes and viruses. A number of miRNAs are known to regulate biological processes in Drosophila and mosquitoes, including facilitating Wolbachia maintenance. We generated the first chromosomal map of Ae. aegypti miRNAs, and compared miRNA expression profiles between a w AlbB-transinfected Ae. aegypti mosquito line and a tetracycline cleared derivative, using deep small RNA-sequencing. We found limited modulation of miRNAs in response to w AlbB infection. Several miRNAs were modulated in response to age, some of which showed greater upregulation in w AlbB-infected mosquitos than in tetracycline cleared ones. By selectively inhibiting some differentially expressed miRNAs, we identified miR-2946-3p and miR-317-3p as effecting mosquito longevity. Importance Wolbachia is an endosymbiotic bacterium found in about 65% of insect species. It is mostly known for reproductive manipulations of the host, and also blocking replication of positive sense RNA viruses. Transinfection of Wolbachia into Aedes aegypti mosquitoes, which transmit a variety of arboviruses, including dengue virus, has provided a novel biological approach in reducing transmission of arboviruses. To gain a better understanding of Wolbachia -mosquito interactions, we investigated the impact of Wolbachia on the microRNA profile of Ae. aegypti mosquitoes. We produced the first chromosome-level map of Ae. Aegypti miRNAs. We found modulation of microRNAs in mosquitoes due to age, with two miRNAs, 317-3p and 2946-3p, showing significant increase with age. Inhibition of 317-3p and 2946-3p led to reduced mosquito life span in w AlbB-infected mosquitoes. The outcomes provide insights into underlying molecular mechanisms involved in Wolbachia -host interactions.