We present a draft sequence of the genome of Aedes aegypti , the primary vector for yellow fever and dengue fever, which at ∼1376 million base pairs is about 5 times the size of the genome of the malaria vector Anopheles gambiae . Nearly 50% of the Ae. aegypti genome consists of transposable elements. These contribute to a factor of ∼4 to 6 increase in average gene length and in sizes of intergenic regions relative to An. gambiae and Drosophila melanogaster . Nonetheless, chromosomal synteny is generally maintained among all three insects, although conservation of orthologous gene order is higher (by a factor of ∼2) between the mosquito species than between either of them and the fruit fly. An increase in genes encoding odorant binding, cytochrome P450, and cuticle domains relative to An. gambiae suggests that members of these protein families underpin some of the biological differences between the two mosquito species.

Closing the Vector Circle The genome sequence of Culex quinquefasciatus offers a representative of the third major genus of mosquito disease vectors for comparative analysis. In a major international effort, Arensburger et al. (p. 86 ) uncovered divergences in the C. quinquefasciatus genome compared with the representatives of the other two genera Aedes aegypti and Anopheles gambiae . The main difference noted is the expansion of numbers of genes, particularly for immunity, oxidoreductive functions, and digestive enzymes, which may reflect specific aspects of the Culex life cycle. Bartholomay et al. (p. 88 ) explored infection-response genes in Culex in more depth and uncovered 500 immune response-related genes, similar to the numbers seen in Aedes , but fewer than seen in Anopheles or the fruit fly Drosophila melanogaster . The higher numbers of genes were attributed partly to expansions in those encoding serpins, C-type lectins, and fibrinogen-related proteins, consistent with greater immune surveillance and associated signaling needed to monitor the dangers of breeding in polluted, urbanized environments. Transcriptome analysis confirmed that inoculation with unfamiliar bacteria prompted strong immune responses in Culex . The worm and virus pathogens that the mosquitoes transmit naturally provoked little immune activation, however, suggesting that tolerance has evolved to any damage caused by replication of the pathogens in the insects.

Abstract The availability of pathogen sequence data and use of genomic surveillance is rapidly increasing. Genomic tools and classification systems need updating to reflect this. Here, rabies virus is used as an example to showcase the potential value of updated genomic tools to enhance surveillance to better understand epidemiological dynamics and improve disease control. Previous studies have described the evolutionary history of rabies virus; however, the resulting taxonomy lacks the definition necessary to identify incursions, lineage turnover and transmission routes at high resolution. Here we propose a lineage classification system based on the dynamic nomenclature used for SARS-CoV-2, defining a lineage by phylogenetic methods, for tracking virus spread and comparing sequences across geographic areas. We demonstrate this system through application to the globally distributed Cosmopolitan clade of rabies virus, defining 73 total lineages within the clade, beyond the 22 previously reported. We further show how integration of this tool with a new rabies virus sequence data resource (RABV-GLUE) enables rapid application, for example, highlighting lineage dynamics relevant to control and elimination programmes, such as identifying importations and their sources, and areas of persistence and transmission, including transboundary incursions. This system and the tools developed should be useful for coordinating and targeting control programmes and monitoring progress as we work towards eliminating dog-mediated rabies, as well as having potential for broad application to the surveillance of other viruses. Author Summary The importance of the ability to track the diversity and spread of viruses in a universal way that can be clearly communicated has been highlighted during the SARS-CoV-2 pandemic. This, accompanied with the increase in the availability and use of pathogen sequence data, means the development of new genomic tools and classification systems can strengthen outbreak response and disease control. Here, we present an easy-to-use objective and transferable classification tool for tracking viruses at high resolution. We use rabies virus, a neglected zoonotic disease that causes around 59,000 human deaths each year, as an example use case of this tool. Applying our tool to a global clade of rabies virus, we find an over 200% increase in the definition at which we can classify the virus, allowing us to identify areas of persistence and transmission that were not previously apparent, and patterns of virus spread. Insights from the application of this tool should prove valuable in targeting vaccination campaigns and improving surveillance as countries work towards the elimination of dog-mediated rabies.

Abstract The molecular clock is a method for measuring the rate of virus evolution but the key assumption that mutations accumulate on the genome at a constant rate over time does not always hold true. While modelling approaches exist to accommodate deviations from a strict molecular clock, assumptions about rate variation may not fully represent the underlying evolutionary processes and can affect the accuracy of clock calibration and divergence time estimates. There is considerable variability in rabies virus (RABV) incubation periods, ranging from days to over a year, during which viral replication may be reduced. This prompts the question of whether modelling RABV on a per infection generation basis might be more appropriate. We investigate how variable incubation periods affect root-to-tip divergence under per-unit time and per-generation models of mutation. Additionally, we assess how well these models represent root-to-tip divergence in time-stamped RABV sequences. We find that at low mutation rates (<1 substitution per genome per generation) divergence patterns between these models are difficult to distinguish, while above this threshold differences become apparent across a range of sampling rates. Using a Tanzanian dataset, we calculate the mean substitution rate to be 0.17 substitutions per genome per generation. At RABV’s substitution rate, the per-generation substitution model is unlikely to represent rabies evolution substantially differently than the molecular clock model when examining contemporary outbreaks; over enough generations for any divergence to accumulate, extreme incubation periods average out. However, measuring substitution rates per-generation holds potential in applications such as inferring transmission trees and predicting lineage emergence.

The molecular clock hypothesis assumes that mutations accumulate on an organism's genome at a constant rate over time, but this assumption does not always hold true. While modelling approaches exist to accommodate deviations from a strict molecular clock, assumptions about rate variation may not fully represent the underlying evolutionary processes. There is considerable variability in rabies virus (RABV) incubation periods, ranging from days to over a year, during which viral replication may be reduced. This prompts the question of whether modelling RABV on a per infection generation basis might be more appropriate. We investigate how variable incubation periods affect root-to-tip divergence under per-unit time and per-generation models of mutation. Additionally, we assess how well these models represent root-to-tip divergence in time-stamped RABV sequences. We find that at low substitution rates (<1 substitution per genome per generation) divergence patterns between these models are difficult to distinguish, while above this threshold differences become apparent across a range of sampling rates. Using a Tanzanian RABV dataset, we calculate the mean substitution rate to be 0.17 substitutions per genome per generation. At RABV's substitution rate, the per-generation substitution model is unlikely to represent rabies evolution substantially differently than the molecular clock model when examining contemporary outbreaks; over enough generations for any divergence to accumulate, extreme incubation periods average out. However, measuring substitution rates per-generation holds potential in applications such as inferring transmission trees and predicting lineage emergence.