Aedes aegypti is the principal mosquito vector for many arboviruses that increasingly infect millions of people every year. With an escalating burden of infections and the relative failure of traditional control methods, the development of innovative control measures has become of paramount importance. The use of gene drives has sparked significant enthusiasm for genetic control of mosquitoes; however, no such system has been developed in Ae. aegypti. To fill this void, here we develop several CRISPR-based split gene drives for use in this vector. With cleavage rates up to 100% and transmission rates as high as 94%, mathematical models predict that these systems could spread anti-pathogen effector genes into wild populations in a safe, confinable and reversible manner appropriate for field trials and effective for controlling disease. These findings could expedite the development of effector-linked gene drives that could safely control wild populations of Ae. aegypti to combat local pathogen transmission.

Abstract The mosquito Aedes aegypti is the principal vector for arboviruses including dengue/yellow fever, chikungunya, and zika, infecting hundreds of millions of people annually. Unfortunately, traditional control methodologies are insufficient, so innovative control methods are needed. To complement existing measures, here we develop a molecular genetic control system termed precision guided sterile insect technique (pgSIT) in Aedes aegypti . PgSIT uses a simple CRISPR-based approach to generate sterile males that are deployable at any life stage. Supported by mathematical models, we empirically demonstrate that released pgSIT males can compete, suppress, and eliminate mosquitoes in multigenerational population cages. This platform technology could be used in the field, and adapted to many vectors, for controlling wild populations to curtail disease in a safe, confinable, and reversible manner.

Abstract Controlling gene expression is an instrumental tool for biotechnology, as it enables the dissection of gene function, affording precise spatial-temporal resolution. To generate this control, binary transactivational systems have been used employing a modular activator consisting of a DNA binding domain(s) fused to activation domain(s). For fly genetics, many binary transactivational systems have been exploited in vivo ; however as the study of complex problems often requires multiple systems that can be used in parallel, there is a need to identify additional bipartite genetic systems. To expand this molecular genetic toolbox, we tested multiple bacterially-derived binary transactivational systems in Drosophila melanogaster including the p -CymR operon from Pseudomonas putida , PipR operon from Streptomyces coelicolor , TtgR operon from Pseudomonas putida , and the VanR operon from Caulobacter crescentus . Our work provides the first characterization of these systems in an animal model in vivo . For each system we demonstrate robust tissue-specific spatial transactivation of reporter gene expression, enabling future studies to exploit these transactivational systems for molecular genetic studies.

Aedes albopictus mosquitoes are important vectors for a number of human pathogens including the Zika, dengue, and chikungunya viruses. Capable of displacing Aedes aegypti populations, it adapts to cooler environments which increases its geographical range and transmission potential. There are limited control strategies for Aedes albopictus mosquitoes which is likely attributed to the lack of comprehensive biological studies on this emerging vector. To fill this void, here using RNAseq we characterized Aedes albopictus mRNA expression profiles at 47 distinct time points throughout development providing the first high-resolution comprehensive view of the developmental transcriptome of this worldwide human disease vector. This enabled us to identify several patterns of shared gene expression among tissues as well as sex-specific expression patterns. Moreover, to illuminate the similarities and differences between Aedes aegypti, a related human disease vector, we performed a comparative analysis using the two developmental transcriptomes. We identify life stages were the two species exhibited significant differential expression among orthologs. These findings provide insights into the similarities and differences between Aedes albopictus and Aedes aegypti mosquito biology. In summary, the results generated from this study should form the basis for future investigations on the biology of Aedes albopictus mosquitoes and provide a goldmine resource for the development of transgene-based vector control strategies.

Aedes aegypti, the principal mosquito vector for many arboviruses that causes yellow fever, dengue, Zika, and chikungunya, increasingly infects millions of people every year. With an escalating burden of infections and the relative failure of traditional control methods, the development of innovative control measures has become of paramount importance. The use of gene drives has recently sparked significant enthusiasm for the genetic control of mosquito populations, however no such system has been developed in Ae. aegypti. To fill this void and demonstrate efficacy in Ae. aegypti, here we develop several CRISPR-based split-gene drives for use in this vector. With cleavage rates up to 100% and transmission rates as high as 94%, mathematical models predict that these systems could spread anti-pathogen effector genes into wild Ae. aegypti populations in a safe, confinable and reversible manner appropriate for field trials and effective for controlling disease. These findings could expedite the development of effector-linked gene drives that could safely control wild populations of Ae. aegypti to combat local pathogen transmission.

Ongoing speciation in most African malaria vectors gives rise to cryptic populations, which differ remarkably in their behaviour, ecology and capacity to vector malaria parasites. Understanding the population structure and the drivers of genetic differentiation among mosquitoes is critical for effective disease control because heterogeneity within species contribute to variability in malaria cases and allow fractions of vector populations to escape control efforts. To examine the population structure and the potential impacts of recent large-scale control interventions, we have investigated the genomic patterns of differentiation in mosquitoes belonging to the Anopheles nili group, a large taxonomic group that diverged ~3-Myr ago. Using 4343 single nucleotide polymorphisms (SNPs), we detected strong population structure characterized by high FST values between multiple divergent populations adapted to different habitats within the Central African rainforest. Delineating the cryptic species within the Anopheles nili group is challenging due to incongruence between morphology, ribosomal DNA and SNP markers consistent with incomplete lineage sorting and/or interspecific gene flow. A very high proportion of loci are fixed (FST = 1) within the genome of putative species, which suggests that ecological and/or reproductive barriers are maintained by strong selection on a substantial number of genes.

ABSTRACT Although mosquitoes are major transmission vectors for pathogenic arboviruses, viral infection has little impact on mosquito health. This immunity is due in part to mosquito RNA interference (RNAi) pathways that generate antiviral small interfering RNAs (siRNAs) and Piwi-interacting RNAs (piRNAs). RNAi also maintains genome integrity by potently repressing mosquito transposon activity in the germline and soma. However, viral and transposon small RNA regulatory pathways have not been systematically examined together in mosquitoes. Therefore, we developed an integrated Mosquito Small RNA Genomics (MSRG) resource that analyzes the transposon and virus small RNA profiles in mosquito cell cultures and somatic and gonadal tissues across four medically important mosquito species. Our resource captures both somatic and gonadal small RNA expression profiles within mosquito cell cultures, and we report the evolutionary dynamics of a novel Mosquito-Conserved piRNA Cluster Locus (MCpiRCL) composed of satellite DNA repeats. In the larger culicine mosquito genomes we detected highly regular periodicity in piRNA biogenesis patterns coinciding with the expansion of Piwi pathway genes. Finally, our resource enables detection of crosstalk between piRNA and siRNA populations in mosquito cells during a response to virus infection. The MSRG resource will aid efforts to dissect and combat the capacity of mosquitoes to tolerate and spread arboviruses.

With dengue virus (DENV) becoming endemic in tropical and subtropical regions worldwide, there is a pressing global demand for effective strategies to control the mosquitoes that spread this disease. Recent advances in genetic engineering technologies have made it possible to create mosquitoes with reduced vector competence, limiting their ability to acquire and transmit pathogens. Here we describe the development of Aedes aegypti mosquitoes synthetically engineered to impede vector competence to DENV. These mosquitoes express a gene encoding an engineered single-chain variable fragment derived from a broadly neutralizing DENV human monoclonal antibody and have significantly reduced viral infection, dissemination, and transmission rates for all four major antigenically distinct DENV serotypes. Importantly, this is the first engineered approach that targets all DENV serotypes, which is crucial for effective disease suppression. These results provide a compelling route for developing effective genetic-based DENV control strategies, which could be extended to curtail other arboviruses.

The Asian tiger mosquito Aedes albopictus is globally expanding and has become the main vector for human arboviruses in Europe. Here we present AalbF2, a dramatically improved assembly of the Ae. albopictus genome that has revealed widespread viral insertions, novel microRNAs and piRNA clusters, the sex determining locus, new immunity genes, and has enabled genome-wide studies of geographically diverse Ae. albopictus populations and analyses of the developmental and stage-dependent network of expression data. Additionally, we built the first physical map for this species with 75% of the assembled genome anchored to the chromosomes. These up-to-date resources of the genome provide a foundation to improve understanding of the adaptation potential and the epidemiological relevance of this species and foster the development of innovative control measures.

Malaria vectors are exposed to intense selective pressures due to large-scale intervention programs that are underway in most African countries. One of the current priorities is therefore to clearly assess the adaptive potential of Anopheline populations, which is critical to understand and anticipate the response mosquitoes can elicit against such adaptive challenges. The development of genomic resources that will empower robust examinations of evolutionary changes in all vectors including currently understudied species is an inevitable step toward this goal. Here we constructed double-digest Restriction Associated DNA (ddRAD) libraries and generated 6461 Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) that we used to explore the population structure and demographic history of wild-caught Anopheles moucheti from Cameroon. The genome-wide distribution of allelic frequencies among samples best fitted that of an old population at equilibrium, characterized by a weak genetic structure and extensive genetic diversity, presumably due to a large long term effective population size. Estimates of FST and Linkage Disequilibrium (LD) across SNPs reveal a very low genetic differentiation throughout the genome and the absence of segregating LD blocks among populations, suggesting an overall lack of local adaptation. Our study provides the first investigation of the genetic structure and diversity in An. moucheti at the genomic scale. We conclude that, despite a weak genetic structure, this species has the potential to challenge current vector control measures and other rapid anthropogenic and environmental changes thanks to its great genetic diversity.