Abstract Around 150 million years ago, eusocial termites evolved from within the cockroaches, 50 million years before eusocial Hymenoptera, such as bees and ants, appeared. Here, we report the 2-Gb genome of the German cockroach, Blattella germanica , and the 1.3-Gb genome of the drywood termite Cryptotermes secundus . We show evolutionary signatures of termite eusociality by comparing the genomes and transcriptomes of three termites and the cockroach against the background of 16 other eusocial and non-eusocial insects. Dramatic adaptive changes in genes underlying the production and perception of pheromones confirm the importance of chemical communication in the termites. These are accompanied by major changes in gene regulation and the molecular evolution of caste determination. Many of these results parallel molecular mechanisms of eusocial evolution in Hymenoptera. However, the specific solutions are remarkably different, thus revealing a striking case of convergence in one of the major evolutionary transitions in biological complexity.

Abstract Background Arthropods comprise the largest and most diverse phylum on Earth and play vital roles in nearly every ecosystem. Their diversity stems in part from variations on a conserved body plan, resulting from and recorded in adaptive changes in the genome. Dissection of the genomic record of sequence change enables broad questions regarding genome evolution to be addressed, even across hyper-diverse taxa within arthropods. Results Using 76 whole genome sequences representing 21 orders spanning more than 500 million years of arthropod evolution, we document changes in gene and protein domain content and provide temporal and phylogenetic context for interpreting these innovations. We identify many novel gene families that arose early in the evolution of arthropods and during the diversification of insects into modern orders. We reveal unexpected variation in patterns of DNA methylation across arthropods and examples of gene family and protein domain evolution coincident with the appearance of notable phenotypic and physiological adaptations such as flight, metamorphosis, sociality, and chemoperception. Conclusions These analyses demonstrate how large-scale comparative genomics can provide broad new insights into the genotype to phenotype map and generate testable hypotheses about the evolution of animal diversity.

Abstract The bed bug, Cimex lectularius , has re-established itself as a ubiquitous human ectoparasite throughout much of the world during the past two decades. This global resurgence is likely linked to increased international travel and commerce in addition to widespread insecticide resistance. Analyses of the C. lectularius sequenced genome (650 Mb) and 14,220 predicted protein-coding genes provide a comprehensive representation of genes that are linked to traumatic insemination, a reduced chemosensory repertoire of genes related to obligate hematophagy, host–symbiont interactions, and several mechanisms of insecticide resistance. In addition, we document the presence of multiple putative lateral gene transfer events. Genome sequencing and annotation establish a solid foundation for future research on mechanisms of insecticide resistance, human–bed bug and symbiont–bed bug associations, and unique features of bed bug biology that contribute to the unprecedented success of C. lectularius as a human ectoparasite.

As part of a project aimed at developing oviposition attractants for the control and surveillance of Phlebotomus papatasi (a vector of Old-World cutaneous leishmaniasis), we tested the hypothesis that gravid sand flies are attracted to chemical cues emanating from the growth medium of conspecific larvae - predominantly larvae-conditioned host feces that represents a suitable oviposition site. We report the results of a systematic assessment of media from various developmental stages of the sand fly using oviposition and olfactometer behavioral assays.We conducted multiple-choice oviposition assays in 500 mL Nalgene jars. Six treatments were placed on separate filter paper discs at the bottom of the jar: 2(nd)/3(rd) larval instar medium, 4(th) larval instar/pupae medium, frass from expired colonies, larval food (aged rabbit chow and rabbit feces mix), rabbit feces, and a solvent (water) control. Fifty gravid females were introduced into each jar. Cumulative number of eggs laid on each filter paper per jar was counted at different time intervals from digital images. Attraction of gravid sand flies to these six treatments was assayed with a 3-chamber linear olfactometer. Twenty gravid females were transferred to the middle chamber of the olfactometer and their distribution in treatment and control chambers was recorded after 3 h.Almost no eggs were oviposited during the first 72 h following a blood-meal. Cumulative egg deposition increased drastically in the next 24 h (hours 73-96), with a slight non-significant increasing trend thereafter. Comparing mean cumulative egg deposition among the six treatments, we found that significantly more eggs were oviposited on 2(nd)/3(rd) larval rearing medium followed by 4(th) instar/pupae rearing medium. Oviposition preference did not vary over time. The olfactometer results were consistent with the oviposition assays, with 2(nd)/3(rd) larval rearing medium being the most attractive, followed by 4(th) instar/pupae rearing medium.The key finding of this study is that gravid, laboratory reared, Ph. papatasi sand flies are significantly more attracted to rearing medium of the most biologically active larval stages (2(nd)/3(rd) instar and 4(th) instar/pupae). This finding indicates that sand fly-digested host food and feces is attractive to gravid females and suggests that the larvae and larval gut microbiome may be involved in conditioning the oviposition substrate and possibly the production of oviposition attractants and stimulants.

Phlebotomine sand flies are worldwide vectors of Leishmania parasites as well as other bacterial and viral pathogens. Due to the variable impact of traditional vector control practices, a more ecologically based approach is needed. The goal of this study was to isolate bacteria from the most attractive substrate to gravid Phlebotomus papatasi Scopoli sand flies and determine the role of bacterial volatiles in the oviposition attractancy of P. papatasi using behavioral assays. We hypothesized that gravid sand flies are attracted to bacterially derived semiochemical cues associated with breeding sites. Bacteria were isolated from a larvae-conditioned rearing medium, previously shown to be highly attractive to sand flies. The isolated bacteria were identified by amplifying and sequencing 16S rDNA gene fragments, and 12 distinct bacterial species were selected for two-choice olfactometer bioassays. The mix of 12 bacterial isolates elicited strong attraction at the lower concentration of 107 cells per ml and significant repellence at a high concentration of 109 cells per ml. Three individual isolates (SSI-2, SSI-9, and SSI-11) were particularly attractive at low doses. In general, we observed dose-related effects, with some bacterial isolates stimulating negative and some positive dose-response curves in sand fly attraction. Our study confirms the important role of saprophytic bacteria, gut bacteria, or both, in guiding the oviposition-site selection behavior of sand flies. Identifying the specific attractive semiochemical cues that they produce could lead to development of an attractive lure for surveillance and control of sand flies.

Abstract Background Arthropods comprise the largest and most diverse phylum on Earth and play vital roles in nearly every ecosystem. Their diversity stems in part from variations on a conserved body plan, resulting from and recorded in adaptive changes in the genome. Dissection of the genomic record of sequence change enables broad questions regarding genome evolution to be addressed, even across hyper-diverse taxa within arthropods. Results Using 76 whole genome sequences representing 21 orders spanning more than 500 million years of arthropod evolution, we document changes in gene and protein domain content and provide temporal and phylogenetic context for interpreting these innovations. We identify many novel gene families that arose early in the evolution of arthropods and during the diversification of insects into modern orders. We reveal unexpected variation in patterns of DNA methylation across arthropods and examples of gene family and protein domain evolution coincident with the appearance of notable phenotypic and physiological adaptations such as flight, metamorphosis, sociality and chemoperception. Conclusions These analyses demonstrate how large-scale comparative genomics can provide broad new insights into the genotype to phenotype map and generate testable hypotheses about the evolution of animal diversity.

A Gram-stain-negative, rod-shaped, non-motile, non-spore-forming, aerobic bacterium, designated type strain SSI9T, was isolated from sand fly (Phlebotomus papatasi Scopoli; Diptera: Psychodidae) rearing substrate and subjected to polyphasic taxonomic analysis. Strain SSI9T contained phosphatidylethanolamine as a major polar lipid, MK-7 as the predominant quinone, and C16 : 1ω6c/C16 : 1ω7c, iso-C15 : 0, iso-C17 : 0 3-OH and C16 : 0 as the major cellular fatty acids. Phylogenetic analysis based on 16S rRNA gene sequences revealed that SSI9T represents a member of the genus Sphingobacterium, of the family Sphingobacteriaceae sharing 96.5-88.0 % sequence similarity with other species of the genus Sphingobacterium. The results of multilocus sequence analysis using the concatenated sequences of the housekeeping genes recA, rplC and groL indicated that SSI9T formed a separate branch in the genus Sphingobacterium. The genome of SSI9T is 5 197 142 bp with a DNA G+C content of 41.8 mol% and encodes 4395 predicted coding sequences, 49 tRNAs, and three complete rRNAs and two partial rRNAs. SSI9T could be distinguished from other species of the genus Sphingobacterium with validly published names by several phenotypic, chemotaxonomic and genomic characteristics. On the basis of the results of this polyphasic taxonomic analysis, the bacterial isolate represents a novel species within the genus Sphingobacterium, for which the name Sphingobacterium phlebotomi sp. nov. is proposed. The type strain is SSI9T (=ATCC TSD-210T=LMG 31664T=NRRL B-65603T).

Abstract Insect cuticular hydrocarbons (CHCs) serve as important intersexual signaling chemicals and generally show variation between the sexes, but little is known about the generation of sexually dimorphic hydrocarbons (SDHCs) in insects. Here, we report the molecular mechanism and biological significance that underling the generation of SDHC in the German cockroach, Blattella germanica . Sexually mature females possess more C29 cuticular hydrocarbons (CHCs), especially the contact sex pheromone precursor 3,11-DimeC29. RNAi screen against fatty acid elongase gene family members and combined with heterologous expression revealed that both BgElo12 and BgElo24 were involved in HC production, but BgElo24 is of wide catalytic activities and is able to provides substrates for BgElo12 , and only the female-enriched BgElo12 was responsible for sustaining female-specific HC profile. Repressing BgElo12 masculinized the female CHC profile, decreased contact sex pheromone level and consequently reduced the sexual attractiveness of female cockroaches. Moreover, the asymmetric expression of BgElo12 between the sexes is modulated by sex differentiation cascade. Specifically, male-specific BgDsx represses the transcription of BgElo12 in males, while BgTra is able to remove this effect in females. Our study reveals a novel molecular mechanism responsible for the formation of SDHCs, and also provide evidences on shaping of the SDHCs by sexual selection, as females use them to generate high levels of contact sex pheromone.

Vector control is essential for eliminating malaria, a vector-borne parasitic disease responsible for over half a million deaths annually. Success of vector control programs hinges on community acceptance of products like long-lasting insecticide-treated nets (LLINs). Communities in malaria-endemic regions often link LLIN efficacy to their ability to control indoor pests such as bed bugs ( Cimex lectularius L. and Cimex hemipterus (F.)) (Hemiptera: Cimicidae). Despite this, little is known about the potential repellent effects and toxicity of LLINs to bed bugs. Herein, we demonstrate for the first time that commonly deployed LLINs lack olfactory and contact-based repellency to host-seeking C . lectularius from both insecticide-susceptible and insecticide-resistant populations. One LLIN (PermaNet Dual) was significantly attractive to both populations when exposed olfactorily, but not in contact assays, highlighting the complexity of bed bug-LLIN interactions. The insecticide resistant bed bugs experienced low mortality in 4 d of continuous exposure to LLINs. These results suggest that LLINs would likely not repel or eliminate bed bug infestations in malaria-endemic communities, further selecting for insecticide resistance and potentially disrupting vector control programs.

Royal recognition is a central feature of insect societies, allowing them to maintain the reproductive division of labor and regulate colony demography. Queen recognition has been broadly demonstrated and queen recognition pheromones have been identified in social hymenopterans, but not in termites. Here we describe behaviors that are elicited in workers and soldiers by neotenic queens and kings of the subterranean termite, Reticulitermes flavipes, and demonstrate the chemical basis for the behavior. Workers and soldiers readily perform a lateral or longitudinal shaking behavior upon antennal contact with queens and kings. When royal cuticular chemicals are transferred to live workers or inert glass dummies, they elicit antennation and shaking in a dose-dependent manner. The striking response to reproductives and their cuticular extracts suggests that royal-specific cuticular compounds act as recognition pheromones and that shaking behavior is a clear and measurable queen and king recognition response in this termite species.