Here we report the genome sequence of the honeybee Apis mellifera, a key model for social behaviour and essential to global ecology through pollination. Compared with other sequenced insect genomes, the A. mellifera genome has high A+T and CpG contents, lacks major transposon families, evolves more slowly, and is more similar to vertebrates for circadian rhythm, RNA interference and DNA methylation genes, among others. Furthermore, A. mellifera has fewer genes for innate immunity, detoxification enzymes, cuticle-forming proteins and gustatory receptors, more genes for odorant receptors, and novel genes for nectar and pollen utilization, consistent with its ecology and social organization. Compared to Drosophila, genes in early developmental pathways differ in Apis, whereas similarities exist for functions that differ markedly, such as sex determination, brain function and behaviour. Population genetics suggests a novel African origin for the species A. mellifera and insights into whether Africanized bees spread throughout the New World via hybridization or displacement.

Female Aedes aegypti mosquitoes infect more than 400 million people each year with dangerous viral pathogens including dengue, yellow fever, Zika and chikungunya. Progress in understanding the biology of mosquitoes and developing the tools to fight them has been slowed by the lack of a high-quality genome assembly. Here we combine diverse technologies to produce the markedly improved, fully re-annotated AaegL5 genome assembly, and demonstrate how it accelerates mosquito science. We anchored physical and cytogenetic maps, doubled the number of known chemosensory ionotropic receptors that guide mosquitoes to human hosts and egg-laying sites, provided further insight into the size and composition of the sex-determining M locus, and revealed copy-number variation among glutathione S-transferase genes that are important for insecticide resistance. Using high-resolution quantitative trait locus and population genomic analyses, we mapped new candidates for dengue vector competence and insecticide resistance. AaegL5 will catalyse new biological insights and intervention strategies to fight this deadly disease vector. An improved, fully re-annotated Aedes aegypti genome assembly (AaegL5) provides insights into the sex-determining M locus, chemosensory systems that help mosquitoes to hunt humans and loci involved in insecticide resistance and will help to generate intervention strategies to fight this deadly disease vector.

The GABA‐modulating and GABA‐mimetic activities of the monoterpenoid thymol were explored on human GABA A and Drosophila melanogaster homomeric RDL ac GABA receptors expressed in Xenopus laevis oocytes, voltage‐clamped at −60 mV. The site of action of thymol was also investigated. Thymol, 1–100 μ M , resulted in a dose‐dependent potentiation of the EC 20 GABA response in oocytes injected with either α 1 β 3 γ 2s GABA A subunit cDNAs or the RDL ac subunit RNA. At 100 μ M thymol, current amplitudes in response to GABA were 416±72 and 715±85% of controls, respectively. On both receptors, thymol, 100 μ M , elicited small currents in the absence of GABA. The EC 50 for GABA at α 1 β 3 γ 2s GABA A receptors was reduced by 50 μ M thymol from 15±3 to 4±1 μ M , and the Hill slope changed from 1.35±0.14 to 1.04±0.16; there was little effect on the maximum GABA response. Thymol (1–100 μ M ) potentiation of responses to EC 20 GABA for α 1 β 1 γ 2s, α 6 β 3 γ 2s and α 1 β 3 γ 2s human GABA A receptors was almost identical, arguing against actions at benzodiazepine or loreclezole sites. Neither flumazenil, 3‐hydroxymethyl‐ β ‐carboline (3‐HMC), nor 5 α ‐pregnane‐3 α , 20 α ‐diol (5 α ‐pregnanediol) affected thymol potentiation of the GABA response at α 1 β 3 γ 2s receptors, providing evidence against actions at the benzodiazepine/ β ‐carboline or steroid sites. Thymol stimulated the agonist actions of pentobarbital and propofol on α 1 β 3 γ 2s receptors, consistent with a mode of action distinct from that of either compound. These data suggest that thymol potentiates GABA A receptors through a previously unidentified binding site. British Journal of Pharmacology (2003) 140 , 1363–1372. doi: 10.1038/sj.bjp.0705542

Abstract Ticks transmit more pathogens to humans and animals than any other arthropod. We describe the 2.1 Gbp nuclear genome of the tick, Ixodes scapularis (Say), which vectors pathogens that cause Lyme disease, human granulocytic anaplasmosis, babesiosis and other diseases. The large genome reflects accumulation of repetitive DNA, new lineages of retro-transposons, and gene architecture patterns resembling ancient metazoans rather than pancrustaceans. Annotation of scaffolds representing ∼57% of the genome, reveals 20,486 protein-coding genes and expansions of gene families associated with tick–host interactions. We report insights from genome analyses into parasitic processes unique to ticks, including host ‘questing’, prolonged feeding, cuticle synthesis, blood meal concentration, novel methods of haemoglobin digestion, haem detoxification, vitellogenesis and prolonged off-host survival. We identify proteins associated with the agent of human granulocytic anaplasmosis, an emerging disease, and the encephalitis-causing Langat virus, and a population structure correlated to life-history traits and transmission of the Lyme disease agent.

Female Aedes aegypti mosquitoes infect hundreds of millions of people each year with dangerous viral pathogens including dengue, yellow fever, Zika, and chikungunya. Progress in understanding the biology of this insect, and developing tools to fight it, has been slowed by the lack of a high-quality genome assembly. Here we combine diverse genome technologies to produce AaegL5, a dramatically improved and annotated assembly, and demonstrate how it accelerates mosquito science and control. We anchored the physical and cytogenetic maps, resolved the size and composition of the elusive sex-determining “M locus”, significantly increased the known members of the glutathione-S-transferase genes important for insecticide resistance, and doubled the number of chemosensory ionotropic receptors that guide mosquitoes to human hosts and egg-laying sites. Using high-resolution QTL and population genomic analyses, we mapped new candidates for dengue vector competence and insecticide resistance. We predict that AaegL5 will catalyse new biological insights and intervention strategies to fight this deadly arboviral vector.

Abstract Pyrethroid-impregnated nets have contributed significantly to halving the burden of malaria but resistance threatens their future efficacy and the pipeline of new insecticides is short. Here we report that an invertebrate automated phenotyping platform (INVAPP), combined with the algorithm Paragon, provides a robust system for measuring larval motility in Anopheles gambiae (and An. coluzzi) as well as Aedes aegypti with the capacity for high-throughput screening for new larvicides. By this means, we reliably quantified both time- and concentration-dependent actions of chemical insecticides faster than using the WHO standard larval assay. We illustrate the effectiveness of the system using an established larvicide (temephos) and demonstrate its capacity for library-scale chemical screening using the Medicines for Malaria Venture (MMV) Pathogen Box library. As a proof-of-principle, this library screen identified a compound, subsequently confirmed to be tolfenpyrad, as an effective larvicide. We have also used the INVAPP / Paragon system to compare responses in larvae derived from WHO classified deltamethrin resistant and sensitive mosquitoes. We show how this approach to monitoring larval response to insecticides can be adapted for use with a smartphone camera application and therefore has potential for further development as a simple portable field-assay with associated real-time, geo-located information to identify hotspots. Author summary We have developed an automated platform for recording the motility of mosquito larvae and applied it to larvae of a mosquito vector of malaria and a mosquito vector of dengue, Zika, yellow fever and other human diseases. The platform facilitates high-throughput, chemical screening for new compounds to control mosquito larvae and also detects differences in response in larval progeny from pryethroid resistant adult mosquitoes. Pyrethroid-impregnated bednets have helped to halve the deaths from malaria in recent years but pyrethroid resistance is an important threat to this progress. Our approach assays insecticide actions faster than the current WHO standard test and we show that it can be adapted for use with a smartphone, which offers the prospect of a future field assay to monitor developing resistance associated with behavioural response with the added benefit of precise satellite-based location.

With the spread of resistance to long-established insecticides targeting Anopheles malaria vectors, understanding the actions of compounds newly identified for vector control is essential. With new commercial vector-control products containing neonicotinoids under development, we investigate the actions of 6 neonicotinoids (imidacloprid, thiacloprid, clothianidin, dinotefuran, nitenpyram and acetamiprid) on 13 Anopheles gambiae nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) subtypes produced by expression of combinations of the Ag α 1, Ag α 2, Ag α 3, Ag α 8 and Ag β 1 subunits in Xenopus laevis oocytes, the Drosophila melanogaster orthologues of which we have previously shown to be important in neonicotinoid actions. The presence of the Ag α 2 subunit reduces neonicotinoid affinity for the mosquito nAChRs, whereas the Ag α 3 subunit increases it. Crystal structures of the acetylcholine binding protein (AChBP), an established surrogate for the ligand-binding domain, with dinotefuran bound, shows a unique target site interaction through hydrogen bond formation and CH-N interaction at the tetrahydrofuran ring. This is of interest as dinotefuran is also under trial as the toxic element in baited traps. Multiple regression analyses show a correlation between the efficacy of neonicotinoids for the Ag α 1/Ag α 2/Ag α 8/Ag β 1 nAChR, their hydrophobicity and their rate of knockdown of adult female An. gambiae , providing new insights into neonicotinoid features important for malaria vector control.

Abstract Mosquito-borne viruses including dengue, Zika and Chikungunya viruses as well as parasites such as malaria and Onchocerca volvulus endanger health and economic security around the globe and emerging mosquito-borne pathogens have pandemic potential. However, the rapid spread of insecticide resistance threatens our ability to control mosquito vectors. Larvae of Aedes aegypti (New Orleans strain) were screened with the Medicines for Malaria Venture Pandemic Response Box, an open-source compound library, using INVAPP, an invertebrate automated phenotyping platform suited to high-throughput chemical screening of larval motility. Of the 400 compounds screened, we identified rubitecan (a synthetic derivative of camptothecin) as a hit compound that significantly reduced Ae. aegypti larval motility compared to DMSO controls. Both rubitecan and camptothecin displayed concentration dependent reduction in larval motility with estimated EC50s of 25.5 ± 5.0 μM and 22.3 ± 5.4 μM respectively. We extended our investigation to adult mosquitoes and found that camptothecin increased lethality when delivered in a blood meal to Ae. aegypti adults at 100 μM and 10 μM and completely blocked egg laying when fed at 100 μM. Camptothecin and its derivatives, inhibitors of topoisomerase I, have known activity against several agricultural pests and are also approved for the treatment of several cancers. Crucially, they can inhibit Zika virus replication in human cells, so there is potential for dual targeting of both the vector and an important arbovirus that it carries. Both humans and mosquitoes express the highly conserved topoisomerase I target, however, the design of derivatives with differing pharmacokinetic properties may offer a promising route towards the development of insect-specificity of this chemistry.

Abstract A transmembrane thioredoxin (TMX3) enables the functional expression of insect nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) in Xenopus laevis oocytes, while co‐factors RIC‐3 and UNC‐50 regulate the receptor expression level. RIC‐3 (resistant to inhibitors of cholinesterase 3) has been shown to diversify by its differential mRNA splicing patterns. How such diversity influences neonicotinoid sensitivity of nAChRs of beneficial insect species remains poorly understood. We have identified a RIC‐3 variant expressed most abundantly in the thoracic ganglia of honeybee ( Apis mellifera ) workers and investigated its effects on the functional expression and pharmacology of Amα1/Amα8/Amβ1 and Amα1/Amα2/Amα8/Amβ1 nAChRs expressed in X. laevis oocytes. The AmRIC‐3 enhanced the response amplitude to the acetylcholine (ACh) of these A. mellifera nAChRs when its cRNA was injected into oocytes at low concentrations but suppressed the ACh response amplitude at high concentrations. Co‐expression of the AmRIC‐3 had a minimal impact on the affinity of ACh, but changed the efficacy of imidacloprid and clothianidin, suggesting that the presence and the level of RIC‐3 expression can affect the nAChR responses to ACh and neonicotinoids, depending on nAChR subunit composition in honeybees. © 2024 Society of Chemical Industry.

Abstract Nine hundred million people are infected with the soil-transmitted helminths Ascaris lumbricoides (roundworm), hookworm, and Trichuris trichiura (whipworm). However, low single-dose cure rates of the benzimidazole drugs, the mainstay of preventative chemotherapy for whipworm, together with parasite drug resistance, mean that current approaches may not be able to eliminate morbidity from Trichuriasis. We are seeking to develop new anthelmintic drugs specifically with activity against whipworm as a priority, and previously identified a hit series of dihydrobenzoxazepinone (DHB) compounds that block motility of ex vivo Trichuris muris. Here we report a systematic investigation of the structure-activity relationship of the anthelmintic activity of DHB compounds. We synthesised 47 analogues, which allowed us to define features of the molecules essential for anthelmintic action, as well as broadening the chemotype by identification of dihydrobenzoquinolinones (DBQ) with anthelmintic activity. We investigated the activity of these compounds against other parasitic nematodes, identifying DHB compounds with activity against Brugia malayi and Heligmosomoides polygyrus . We also demonstrated activity of DHB compounds against the trematode Schistosoma mansoni, a parasite that causes schistosomiasis. These results demonstrate the potential of DHB and DBQ compounds for further development as broad-spectrum anthelmintics. Author summary Around a billion people are infected by the soil transmitted helminths Ascaris, hookworm and whipworm. In the case of whipworm, the benzimidazole drugs, which are distributed to school children in affected areas, have low cure rates. This means that finding an improved treatment for whipworm is a priority. We previously identified five DHB compounds in a screen for new compounds active against whipworm. Here we systematically dissect these molecules, making 47 modified versions of the compounds. This allowed us to define the features of these compounds that are important for activity against whipworm. We also demonstrate activity of DHB compounds against other parasitic nematodes, and against Schistosoma mansoni, a trematode parasite. These results show the potential for further development of DHB compounds as broad-spectrum anthelmintics.