Abstract Aedes aegypti mosquitoes are the main vectors of arboviruses. The peritrophic matrix (PM) is an extracellular layer that surrounds the blood bolus and acts as an immune barrier that prevents direct contact of bacteria with midgut epithelial cells during blood digestion. Here, we describe a heme-dependent peroxidase, hereafter referred to as heme peroxidase 1 (HPx1). HPx1 promotes PM assembly and antioxidant ability, modulating vector competence. Mechanistically, the heme presence in a blood meal induces HPx1 transcriptional activation mediated by the E75 transcription factor. HPx1 knockdown increases midgut reactive oxygen species (ROS) production by the DUOX NADPH oxidase. Elevated ROS levels reduce microbiota growth while enhancing epithelial mitosis, a response to tissue damage. However, simultaneous HPx1 and DUOX silencing was not able to rescue bacterial population growth, as explained by increased expression of antimicrobial peptides (AMPs), which occurred only after double knockdown. This result revealed hierarchical activation of ROS and AMPs to control microbiota. HPx1 knockdown produced a 100-fold decrease in Zika and Dengue 2 midgut infection, demonstrating the essential role of the mosquito PM in the modulation of arbovirus vector competence. Our data show that the PM connects blood digestion to midgut immunological sensing of the microbiota and viral infections.

Abstract Silencing Cactus, a suppressor of Toll signaling, in Anopheles gambiae , eliminates Plasmodium ookinetes by enhancing local release of hemocyte-derived microvesicles that promote activation of the mosquito complement-like system. We report that Cactus silencing dramatically increases the proportion of megacytes, a new effector hemocyte subpopulation of large granulocytes, from 5 to 79% of circulating granulocytes. Transcriptomic and morphological analysis, as well as cell counts, in situ hybridization and expression of cell-specific markers, indicate that Cactus silencing triggers granulocyte differentiation into megacytes, a process mediated by the Rel1 transcription factor of the Toll pathway. Megacytes are very plastic cells that can extend long filopodia, tend to form clusters in vivo , and are massively recruited to the basal midgut surface in response to bacterial feeding and Plasmodium infection. We show that hemocyte differentiation to the megacyte lineage greatly enhances mosquito immunity against Plasmodium .

Abstract Epigenetic mechanisms are responsible for a wide range of biological phenomena in insects, controlling embryonic development, growth, aging and nutrition. Despite this, the role of epigenetics in shaping insect-pathogen interactions has received little attention. Gene expression in eukaryotes is regulated by histone acetylation/deacetylation, an epigenetic process mediated by histone acetyltransferases (HATs) and histone deacetylases (HDACs). In this study, we explored the role of the Aedes aegypti histone acetyltransferase CBP (AaCBP) after infection with Zika virus (ZIKV), focusing on the two main immune tissues, the midgut and fat body. We showed that the expression and activity of AaCBP could be positively modulated by blood meal and ZIKV infection. Nevertheless, Zika-infected mosquitoes that were silenced for AaCBP revealed a significant reduction in the acetylation of H3K27 (CBP target marker), followed by downmodulation of the expression of immune genes, higher titers of ZIKV and lower survival rates. Importantly, in Zika-infected mosquitoes that were treated with sodium butyrate, a histone deacetylase inhibitor, their capacity to fight virus infection was rescued. Our data point to a direct correlation among histone hyperacetylation by AaCBP, upregulation of antimicrobial peptide genes and increased survival of Zika-infected- A. aegypti . Author summary Pathogens have coevolved with mosquitoes to optimize transmission to hosts. As natural vectors, mosquitoes are permissive to and allow systemic and persistent arbovirus infection, which intriguingly does not result in dramatic pathological sequelae that affect their lifespan. In this regard, mosquitoes have evolved mechanisms to tolerate persistent infection and develop efficient antiviral strategies to restrict viral replication to nonpathogenic levels. There is a great deal of evidence supporting the implication of epigenetics in the modulation of the biological interaction between hosts and pathogens. This study reveals that Zika virus infection positively modulates the expression and activity of A. aegypti histone acetyltransferase CBP (AaCBP). This study shows that AaCBP plays a role in the activation of immune-responsive genes to limit Zika virus replication. This first description that Zika virus infection has epigenomic consequences in the regulation of A. aegypti immunity opens a new avenue for research on mosquito factors that can drive vector competence.

Abstract Insect gut microbiota plays important roles in host physiology, such as nutrition, digestion, development, fertility, and immunity. We have found that in the intestine of Aedes aegypti , SLIMP (seryl-tRNA synthetase like insect mitochondrial protein) knockdown followed by a blood meal promotes dysbiosis, characterized by the overgrowth of a specific bacterial phylum, Bacteroidetes. In turn, the latter decreased both infection rates and Zika virus prevalence in the mosquitoes. Previous work in Drosophila melanogaster showed that SLIMP is involved in protein synthesis and mitochondrial respiration in a network directly coupled to mtDNA levels. There are no other reports on this enzyme and its function in other insect species. Our work expands the knowledge of the role of these SerRS paralogs. We show that A. aegypti SLIMP (AaeSLIMP) clusters with SLIMPs of the Nematocera sub-order, which have lost both the tRNA binding domain and active site residues, rendering them unable to activate amino acids and aminoacylate tRNAs. Knockdown of AaeSLIMP did not significantly influence the mosquitoes’ survival, oviposition, or eclosion. It also neither affected midgut cell respiration nor mitochondrial ROS production. However, it caused dysbiosis, which led to the activation of Dual oxidase and resulted in increased midgut ROS levels. Our data indicate that the intestinal microbiota can be controlled in a blood-feeding vector by a novel, unprecedent mechanism, impacting also mosquito vectorial competence towards zika virus and possibly other pathogens as well. Author Summary Aminoacyl-tRNA synthetases (aaRS) are a family of ubiquitous enzymes responsible for the attachment of specific amino acids to their cognate tRNAs. During evolution some aaRS acquired new domains and/or suffered gene duplications, resulting in the improvement and expansion of their functions some of them being specific to a group of organisms. A paralog of seryl-tRNA synthetase restricted to the class Insecta (SLIMP) is found in Arthropoda. Our goal was to explore the role of SLIMP in the female mosquito Aedes aegypti using RNA interference. We showed that A. aegypti SLIMP (AaeSLIMP) gene expression is up-regulated upon blood feeding through a heme-dependent signaling. Although AaeSLIMP knockdown neither impacted the mosquito survival nor oviposition, it provoked ROS levels augmentation in the midgut via Dual Oxidase activity in order to control the increase in the intestinal native microbiota, specifically bacteria of the Bacteroidetes phylum. Although dysbiosis can result from mitochondrial impairment, this is the first time that the absence of a mitochondrial enzyme is linked to intestinal microbiota without any visible effects in mitochondrial respiration and mitochondrial ROS production. Furthermore, Zika Virus infection of AaeSLIMP silenced mosquitoes is decreased when comparing to control, meaning that Bacteroidetes overgrowth may be protecting the female mosquito. Our data indicate that the intestinal microbiota can be controlled in a blood-feeding vector by a novel, unprecedent mechanism, impacting also mosquito vectorial competence towards zika virus and possibly other pathogens as well.

Abstract A detailed understanding of host fitness changes upon variation in microbe density is a central aim of infection biology. Here, we applied dose-response curves to study Aedes aegypti survival upon exposure to different microbes. We challenged female mosquitoes with Listeria monocytogenes , a model bacterial pathogen, Dengue 4 virus and Zika virus, two medically relevant arboviruses, to understand the distribution of mosquito susceptibility and net fitness (survival) following microbe exposure. By correlating microbe loads and host health, we found that a blood meal promotes survival in our systemic bacterial infection model and that mosquitoes orally infected with bacteria had an enhanced defensive capacity than insects infected through injection. We also showed that Aedes aegypti has a higher survival profile upon arbovirus infection but, under the conditions tested, was more susceptible to Zika virus when compared to Dengue virus. Here, we applied a framework for the study of microbe-induced mosquito mortality detailing how Aedes aegypti lifespan varies upon different inoculum sizes of bacteria and arboviruses.

Aedes aegypti is the vector of some of the most important vector-borne diseases like Dengue, Chikungunya, Zika and Yellow fever, affecting millions of people worldwide. The cellular processes that follow a blood meal in the mosquito midgut are directly associated with pathogen transmission. We studied the homeostatic response of the midgut against oxidative stress, as well as bacterial and dengue virus (DENV) infections, focusing on the proliferative ability of the intestinal stem cells (ISC). Inhibition of the peritrophic matrix (PM) formation led to an increase in ROS production by the epithelial cells in response to contact with the resident microbiota, suggesting that maintenance of low levels of ROS in the intestinal lumen is key to keep ISCs division in balance. We show that dengue virus infection induces midgut cell division in both DENV susceptible (Rockefeller) and refractory (Orlando) mosquito strains. However, the susceptible strain delays the activation of the regeneration process compared with the refractory strain. Impairment of the Delta/Notch signaling, by silencing the Notch ligand Delta using RNAi, significantly increased the susceptibility of the refractory strains to DENV infection of the midgut. We propose that this cell replenishment is essential to control viral infection in the mosquito. Our study demonstrates that the intestinal epithelium of the blood fed mosquito is able to respond and defend against different challenges, including virus infection. In addition, we provide unprecedented evidence that the activation of a cellular regenerative program in the midgut is important for the determination of the mosquito vectorial competence.

Abstract Blood-feeding behavior has independently evolved in arthropods multiple times. Unlike hard ticks, soft ticks employ a rapid-feeding strategy for hematophagy, and there are comparatively limited studies on the transcriptomes of these organisms. This study investigates the soft tick Ornithodoros hermsi , conducting histopathological examinations at bitten skin sites and tick whole-body transcriptomic analyses across various developmental and feeding stages, including larvae, 1st-nymphal, and 2nd-nymphal stages. The results revealed the ability of O. hermsi to induce skin hemorrhage at the bite sites. Transcriptomic analyses identified three consistent transcriptional profiles: unfed, early-fed (6 h, 12 h, 24 h), and late-fed (5 days). The unfed profile exhibited high transcriptional activity across most of the functional classes annotated. In contrast, early-fed stages exhibited decreased expression of most functional classes, except for the unknown, which is highly expressed. Finally, transcriptional expression of most functional classes increased in the late-fed groups, resembling the baseline expression observed in the unfed groups. These findings highlight intense pre-feeding transcriptional activity in O . hermsi ticks, aligning with their rapid-feeding strategy. Moreover, besides shedding light on the temporal dynamics of key pathways during blood meal processing and tick development, this study contributes significantly to the transcriptome repertoire of a medically relevant soft tick species with relatively limited prior knowledge.