Background: Tsetse flies (Glossina sp.) are the sole vectors of human and animal trypanosomiasis throughout sub-Saharan Africa. Tsetse are distinguished from other Diptera by unique adaptations, including lactation and the birthing of live young (obligate viviparity), a vertebrate blood specific diet by both sexes and obligate bacterial symbiosis. This work describes comparative analysis of six Glossina genomes representing three sub-genera: Morsitans (G. morsitans morsitans (G.m. morsitans), G. pallidipes, G. austeni), Palpalis (G. palpalis, G. fuscipes) and Fusca (G. brevipalpis) which represent different habitats, host preferences and vectorial capacity. Results: Genomic analyses validate established evolutionary relationships and sub-genera. Syntenic analysis of Glossina relative to Drosophila melanogaster shows reduced structural conservation across the sex-linked X chromosome. Sex linked scaffolds show increased rates of female specific gene expression and lower evolutionary rates relative to autosome associated genes. Tsetse specific genes are enriched in protease, odorant binding and helicase activities. Lactation associated genes are conserved across all Glossina species while male seminal proteins are rapidly evolving. Olfactory and gustatory genes are reduced across the genus relative to other characterized insects. Vision associated Rhodopsin genes show conservation of motion detection/tracking functions and significant variance in the Rhodopsin detecting colors in the blue wavelength ranges. Conclusions: Expanded genomic discoveries reveal the genetics underlying Glossina biology and provide a rich body of knowledge for basic science and disease control. They also provide insight into the evolutionary biology underlying novel adaptations and are relevant to applied aspects of vector control such as trap design and discovery of novel pest and disease control strategies.

Arthropod vectors have multiple physical and immunological barriers that impede the development and transmission of parasites to new vertebrate hosts. These barriers include the peritrophic matrix (PM), a chitinous barrier that separates the blood bolus from the midgut epithelia and inturn, modulates vector-microbiota interactions. In tsetse flies, a sleeve-like PM is continuously produced by the cardia organ located at the fore- and midgut junction. African trypanosomes, Trypanosoma brucei, must bypass the PM twice; first to colonize the midgut and secondly to reach the salivary glands (SG), to complete their transmission cycle in tsetse. However, not all flies with midgut infections develop mammalian transmissible SG infections - the reasons for which are unclear. Here, we used transcriptomics, microscopy and functional genomics analyses to understand the factors that regulate parasite migration from midgut to SG. In flies with midgut infections only, parasites fail to cross the PM as they are eliminated from the cardia by reactive oxygen intermediates (ROIs) - albeit at the expense of collateral cytotoxic damage to the cardia. In flies with midgut and SG infections, expression of genes encoding components of the PM is reduced in the cardia, and structural integrity of the PM barrier is compromised. Under these circumstances trypanosomes traverse through the newly secreted and compromised PM. The process of PM attrition that enables the parasites to re-enter into the midgut lumen is apparently mediated by components of the parasites residing in the cardia. Thus, a fine-tuned dialogue between tsetse and trypanosomes at the cardia determines the outcome of PM integrity and trypanosome transmission success.