Abstract Tsetse flies ( Glossina spp.) house a population-dependent assortment of microorganisms that can include pathogenic African trypanosomes and maternally transmitted endosymbiotic bacteria, the latter of which mediate numerous aspects of their host’s metabolic, reproductive, and immune physiologies. One of these endosymbionts, Spiroplasma , was recently discovered to reside within multiple tissues of field captured and laboratory colonized tsetse flies grouped in the Palpalis subgenera. In various arthropods, Spiroplasma induces reproductive abnormalities and pathogen protective phenotypes. In tsetse, Spiroplasma infections also induce a protective phenotype by enhancing the fly’s resistance to infection with trypanosomes. However, the potential impact of Spiroplasma on tsetse’s viviparous reproductive physiology remains unknown. Herein we employed high-throughput RNA sequencing and laboratory-based functional assays to better characterize the association between Spiroplasma and the metabolic and reproductive physiologies of G. fuscipes fuscipes ( Gff ), a prominent vector of human disease. Using field-captured Gff , we discovered that Spiroplasma infection induces changes of sex-biased gene expression in reproductive tissues that may be critical for tsetse’s reproductive fitness. Using a Gff line composed of individuals heterogeneously infected with Spiroplasma , we observed that the bacterium and tsetse host compete for finite nutrients, which negatively impact female fecundity by increasing the length of intrauterine larval development. Additionally, we found that when males are infected with Spiroplasma , the motility of their sperm is compromised following transfer to the female spermatheca. As such, Spiroplasma infections appear to adversely impact male reproductive fitness by decreasing the competitiveness of their sperm. Finally, we determined that the bacterium is maternally transmitted to intrauterine larva at a high frequency, while paternal transmission was also noted in a small number of matings. Taken together, our findings indicate that Spiroplasma exerts a negative impact on tsetse fecundity, an outcome that could be exploited for reducing tsetse population size and thus disease transmission. Author Summary Endosymbiotic bacteria regulate numerous aspects of their host’s reproductive physiology. Natural populations of the tsetse fly, Glossina fuscipes fuscipes ( Gff ), house heterogeneous infections with the bacterium Spiroplasma glossinidia . Infection with the bacterium results in the presentation of several phenotypes in both male and female Gff that would put them at a significant reproductive disadvantage when compared to their counterparts that do not house the bacterium. These Spiroplasma induced phenotypes include changes in sex–biased gene expression in the reproductive organs, a depletion in the availability of metabolically critical lipids in pregnant females that results in delayed larval development, and compromised sperm fitness. These findings indicate that Spiroplasma exerts an overall negative impact on both male and female reproductive fitness and thus likely has a profound effect on fly population structure. This outcome, in conjunction with the fact that Spiroplasma infected tsetse are unusually refractory to infection with pathogenic African trypanosomes, indicates that the bacterium could be experimentally exploited to reduce disease transmission through the fly.

ABSTRACT Hybridization and the consequent introgression of genomic elements is an important source of genetic diversity for biological lineages. This is particularly evident in young clades in which hybrid incompatibilities are still incomplete and mixing between species is more likely to occur. Drosophila paulistorum , a representative of the Neotropical Drosophila willistoni subgroup, is a classic model of incipient speciation. The species is divided into six semispecies that show varying degrees of pre- and post-mating incompatibility with each other. In the present study, we investigate the mitochondrial evolutionary history of D. paulistorum and the willistoni subgroup. For that, we perform phylogenetic and comparative analyses of the complete mitochondrial genomes and draft nuclear assemblies of 25 Drosophila lines of the willistoni and saltans species groups. Our results show that the mitochondria of D. paulistorum are polyphyletic and form two non-sister clades that we name α and β. Identification and analyses of nuclear mitochondrial insertions further reveal that the willistoni subgroup has an α-like mitochondrial ancestor and indicate that both the α and β mitochondria of D. paulistorum were acquired through introgression from unknown fly lineages of the willistoni subgroup. We also uncover multiple mitochondrial introgressions across D. paulistorum semispecies and generate novel insight into the evolution of the species.

Tsetse flies (Glossina spp.) are vectors of parasitic trypanosomes, which cause human (HAT) and animal African trypanosomiasis (AAT) in sub-Saharan Africa. In Uganda, Glossina fuscipes fuscipes (Gff) is the main vector of HAT, where it transmits Gambiense disease in the northwest and Rhodesiense disease in central, southeast and western regions. Endosymbionts can influence transmission efficiency of parasites through their insect vectors via conferring a protective effect against the parasite. It is known that the bacterium Spiroplasma is capable of protecting its Drosophila host from infection with a parasitic nematode. This endosymbiont can also impact its host's population structure via altering host reproductive traits. Here, we used field collections across 26 different Gff sampling sites in northern and western Uganda to investigate the association of Spiroplasma with geographic origin, seasonal conditions, Gff genetic background and sex, and trypanosome infection status. We also investigated the influence of Spiroplasma on Gff vector competence to trypanosome infections under laboratory conditions. Generalized linear models (GLM) showed that Spiroplasma probability was correlated with the geographic origin of Gff host and with the season of collection, with higher prevalence found in flies within the Albert Nile (0.42 vs 0.16) and Achwa River (0.36 vs 0.08) watersheds and with higher prevalence detected in flies collected in the intermediate than wet season. In contrast, there was no significant correlation of Spiroplasma prevalence with Gff host genetic background or sex once geographic origin was accounted for in generalized linear models. Additionally, we found a potential negative correlation of Spiroplasma with trypanosome infection, with only 2% of Spiroplasma infected flies harboring trypanosome co-infections. We also found that in a laboratory line of Gff, parasitic trypanosomes are less likely to colonize the midgut in individuals that harbor Spiroplasma infection. These results indicate that Spiroplasma infections in tsetse may be maintained by not only maternal but also via horizontal transmission routes, and Spiroplasma infections may also have important effects on trypanosome transmission efficiency of the host tsetse. Potential functional effects of Spiroplasma infection in Gff could have impacts on vector control approaches to reduce trypanosome infections.