ABSTRACT Lateral gene transfer (LT) from viruses to eukaryotic cells is a well-recognized phenomenon. Somatic integrations of viruses have been linked to persistent viral infection and genotoxic effects, including various types of cancer. As a consequence, several bioinformatic tools have been developed to identify viral sequences integrated into the human genome. Viral sequences that integrate into germline cells can be transmitted vertically, be maintained in host genomes and be co-opted for host functions. Endogenous viral elements (EVEs) have long been known, but the extent of their widespread occurrence has only been recently appreciated. Modern genomic sequencing analyses showed that eukaryotic genomes may harbor hundreds of EVEs, which derive not only from DNA viruses and retroviruses, but also from nonretroviral RNA viruses and are mostly enriched in repetitive regions of the genome. Despite being increasingly recognized as important players in different biological processes such as regulation of expression and immunity, the study of EVEs in non-model organisms has rarely gone beyond their characterization from annotated reference genomes because of the lack of computational methods suited to solve signals for EVEs in repetitive DNA. To fill this gap, we developed ViR, a pipeline which ameliorates the detection of integration sites by solving the dispersion of reads in genome assemblies that are rich of repetitive DNA. Using paired-end whole genome sequencing (WGS) data and a user-built database of viral genomes, ViR selects the best candidate couples of reads supporting an integration site by solving the dispersion of reads resulting from intrasample variability. We benchmarked ViR to work with sequencing data from both single and pooled DNA samples and show its applicability using WGS data of a non-model organism, the arboviral vector Aedes albopictus . Viral integrations predicted by ViR were molecularly validated supporting the accuracy of ViR results. Additionally, ViR can be readily adopted to detect any LT event providing ad hoc non-host sequences to interrogate.

In the model organism Drosophila melanogaster, the PIWI-interacing RNA pathway contributes in silencing transposable elements (TEs) through smallRNAs (piRNAs), which arise from genomic loci (piRNA clusters) that contain sequences of previously-acquired TEs. As such, they are a functionally-immune archive of previous TE invasions that is passed to the offspring. In the arboviral vector Aedes aegypti, piRNA clusters contain TEs and endogenous viral elements from nonretroviral RNA viruses (nrEVEs) which produce piRNAs, supporting the hypothesis that nrEVEs are heritable immunity effectors. However, direct evidence that nrEVEs mediate adaptive immunity is lacking. Here, by using an analytic approach intersecting population genomics with molecular biology we demonstrate that the composition of piRNA clusters is modular through acquisition and absence of nrEVEs. We show that the genomes of wild-caught mosquitoes have a different set of nrEVEs than those annotated in the reference genome, including population-specific integrations. nrEVEs are not distributed in mosquito genomes only by genetic drift, but some show signs of positive selection. Moreover, by comparing natural mosquito populations expressing or lacking two newly characterised nrEVEs with high sequence complementarity to cell fusing agent virus, we show that nrEVEs confer antiviral immunity in ovaries against the cognate virus. Our results confirm that some nrEVEs have been co-opted for adaptive immunity to viral infections.

Drosophila suzukii is an invasive agricultural pest species that lays eggs in fruit during ripening, while most closely related Drosophila species use rotten matter as oviposition substrates. This behaviour is allowed by an enlarged and serrated ovipositor that can pierce intact fruit skin. D. suzukii combines multiple sensory systems (mechanosensation, olfaction, and taste) to select oviposition sites. Here, we test the hypothesis that the D. suzukii ovipositor is involved in these sensory modalities. We first investigate the ovipositor gene expression using a comparative framework of four Drosophila species with gradual changes in ovipositor morphology to identify evolutionary adaptations specific to D. suzukii . Results show transcription of chemoreceptors and mechanoreceptors in the four species, with a common core of sensory receptors expressed in all of them. Then, we demonstrate that sensory structures present in the distal tip of the D. suzukii ovipositor are mechanosensory-like sensilla, and that the degenerin/epithelial sodium channel ppk is expressed in homologous structures in Drosophila melanogaster . Our results suggest the D. suzukii ovipositor playing a role in mechanosensation, which might be shared with other Drosophila species.

Among insect chemosensory receptors, the broadly conserved Ionotropic Receptors (IRs) remain some of the least investigated. Several studies have documented IR activation by recording insect9s neuronal activity in situ, some demonstrated their activation when expressed in oocytes from Xenopus, others made use of the Drosophila ionotropic receptor decoders to functionally mis-express IRs from the same species or from the closely related D. sechellia. Here we demonstrated that both substituting tuning IRs of D. melanogaster and expressing heterologous IRs from other insects alongside the Drosophila native ones result in functional heteromeric complexes. By these methods, we functionally characterized the IR41a1 subunit of the codling moth Cydia pomonella, which demonstrated binding to polyamines with different pharmacological characteristics and the IR75d subunit of the spotted wing drosophila Drosophila suzukii, which binds hexanoic acid. Then we expressed the D. suzukii acid sensor IR64a into the D. melanogaster ionotropic receptor decoder neuron, which resulted in the inhibition to the main activators of other neurons housed in the same sensillum of D. melanogaster, as an evidence of its possible functional expression, but it did not show response to acids. In situ hybridization on the antennae of D. suzukii unveiled a wide expression of this subunit in neurons proximal to the sacculus. Structural analysis did not explain absence of IR64a binding to acids, but it identified key amino acid features that may justify possible hexanoic acid binding for IR75d. While our findings add to the derophanization efforts conducted on the chemosensors of the aforementioned pests, they demonstrated potential for the use of neurons of transgenic Drosophila as a tool to functionally characterize IRs from different insect species.

Orius laevigatus (Hemiptera, Anthocoridae) is a generalist predator extensively used for the biocontrol of diverse agricultural pests. Previous studies on O. laevigatus have focused on the improvement of insect genetic traits, but little is known about its association with microbes, especially viruses that may influence its production and efficacy. More than 280 RNA viruses have been described in other Hemiptera insects, in line with the continuous discovery of insect-specific viruses (ISVs) boosted by next-generation sequencing. In this study, we characterized the repertoire of RNA viruses associated with O. laevigatus. Its virome comprises 27 RNA viruses, classified within fourteen viral families, of which twenty-three viruses are specific to O. laevigatus and four are likely associated with fungal microbiota. The analysis of viral abundance in five O. laevigatus populations confirmed the presence of simultaneous viral infections and highlighted the ubiquitous presence and high abundance of one solinvivirus and three totiviruses. Moreover, we identified 24 non-retroviral endogenous viral elements (nrEVEs) in the genome of O. laevigatus, suggesting a long-term relationship between the host and its virome. Although no symptoms were described in the insect populations under study, the high diversity of viral species and the high abundance of certain RNA viruses identified indicate that RNA viruses may be significant for the applicability and efficacy of O. laevigatus in biocontrol programs.

Abstract Chemoreception in insects is crucial for many aspects related to food seeking, enemy avoidance, and reproduction. Different families of receptors and binding proteins interact with chemical stimuli, including odorant receptors (ORs), ionotropic receptors (IRs), gustatory receptors (GRs), odorant binding proteins (OBPs) and chemosensory proteins (CSPs). In this work, we describe the chemosensory-related gene repertoire of the worldwide spread pest Spodoptera exigua (Lepidoptera: Noctuide) focusing on the transcripts expressed in larvae, which feed on many horticultural crops producing yield losses. A comprehensive de novo assembly that includes reads from chemosensory organs of larvae and adults, and other larval tissues, enabled us to annotate 200 candidate chemosensory-related genes encoding 63 ORs, 28 IRs, 38 GRs, 48 OBPs and 23 CSPs. Of them, 51 transcripts are new annotations. RNA-seq and reverse transcription PCR analyses show that 50 ORs are expressed in larval heads, and 15 OBPs are larva-specific. To identify candidate ecologically-relevant odours for S. exigua larvae, we set up behavioural experiments with different volatile organic compounds (VOCs). 1-hexanol triggers attraction at the three timepoints tested and linalool repels larvae at any timepoints. Other five VOCs elicit behavioural response at single timepoint. Lastly, we tested if pre-exposure to single VOCs influence the expression patterns of selected ORs and pheromone binding proteins (PBPs), showing a massive and general up-regulation of some ORs after 24h exposure. This work sets the basis for the study of chemosensation in S. exigua larvae, boosting further studies aimed to characterize chemosensory-related genes that underlie ecologically-relevant behaviours of larval stage.