Significance Rhodnius prolixus is a major vector of Chagas disease, an illness caused by Trypanosoma cruzi which affects approximately 7 million people worldwide. This report describes the first genome sequence of a nondipteran insect vector of an important human parasitic disease. This insect has a gene repertoire substantially distinct from dipteran disease vectors, including immune signaling pathways that display major departures from the canonical network. Large gene expansions related to chemoreception, feeding, and digestion have facilitated triatomine adaptation to a blood-feeding lifestyle. This study provides information about the physiology and evolution of an important disease vector that will boost understanding of transmission of a life-threatening parasite and may lead to the development of innovative control methods.

The bloodsucking hemipteran Rhodnius prolixus is a vector of Chagas' disease, which affects 7–8 million people today in Latin America. In contrast to other hematophagous insects, the triatomine gut is compartmentalized into three segments that perform different functions during blood digestion. Here we report analysis of transcriptomes for each of the segments using pyrosequencing technology. Comparison of transcript frequency in digestive libraries with a whole-body library was used to evaluate expression levels. All classes of digestive enzymes were highly expressed, with a predominance of cysteine and aspartic proteinases, the latter showing a significant expansion through gene duplication. Although no protein digestion is known to occur in the anterior midgut (AM), protease transcripts were found, suggesting secretion as pro-enzymes, being possibly activated in the posterior midgut (PM). As expected, genes related to cytoskeleton, protein synthesis apparatus, protein traffic, and secretion were abundantly transcribed. Despite the absence of a chitinous peritrophic membrane in hemipterans - which have instead a lipidic perimicrovillar membrane lining over midgut epithelia - several gut-specific peritrophin transcripts were found, suggesting that these proteins perform functions other than being a structural component of the peritrophic membrane. Among immunity-related transcripts, while lysozymes and lectins were the most highly expressed, several genes belonging to the Toll pathway - found at low levels in the gut of most insects - were identified, contrasting with a low abundance of transcripts from IMD and STAT pathways. Analysis of transcripts related to lipid metabolism indicates that lipids play multiple roles, being a major energy source, a substrate for perimicrovillar membrane formation, and a source for hydrocarbons possibly to produce the wax layer of the hindgut. Transcripts related to amino acid metabolism showed an unanticipated priority for degradation of tyrosine, phenylalanine, and tryptophan. Analysis of transcripts related to signaling pathways suggested a role for MAP kinases, GTPases, and LKBP1/AMP kinases related to control of cell shape and polarity, possibly in connection with regulation of cell survival, response of pathogens and nutrients. Together, our findings present a new view of the triatomine digestive apparatus and will help us understand trypanosome interaction and allow insights into hemipteran metabolic adaptations to a blood-based diet.

Abstract Phlebotomine sand flies are of global significance as important vectors of human disease, transmitting bacterial, viral, and protozoan pathogens, including the devastating kinetoplastid parasites of the genus Leishmania , the causative agents of diseases collectively termed leishmaniasis. More than 40 pathogenic Leishmania species are transmitted to humans by approximately 35 sand fly species in 98 countries with hundreds of millions of people at risk around the world. As no approved efficacious vaccine exists, available drugs are expensive and/or toxic, and resistance is emerging, management of sand fly populations to break transmission is currently the most effective disease control strategy. To better understand the biology of sand flies, including the mechanisms involved in their vectorial capacity, insecticide resistance, and population structures we sequenced the genomes of two of the most important sand fly species: Phlebotomus papatasi , a cutaneous leishmaniasis vector, (distributed in the Middle East and North Africa) and Lutzomyia longipalpis, a visceral leishmaniasis vector (distributed across Central and South America). We categorized and curated genes involved in processes important to their roles as disease vectors, including chemosensation, blood feeding, circadian rhythm, immunity, and detoxification, as well as mobile genetic elements. We also defined gene orthology and observed micro-synteny among the genomes. Finally, we present the genetic diversity and population structure of these species in their respective geographical areas. These genomes will be a foundation on which to base future efforts to prevent vector-borne transmission of Leishmania parasites. Author Summary The leishmaniases are a group of neglected tropical diseases caused by protist parasites from the Genus Leishmania . Different Leishmania species present a wide clinical profile, ranging from mild, often self-resolving cutaneous lesions that can lead to protective immunity, to severe metastatic mucosal disease, to visceral disease that is ultimately fatal. Leishmania parasites are transmitted by the bites of sand flies, and as no approved vaccine exists, available drugs are toxic and/or expensive and resistance is emerging, new dual control strategies to combat these diseases must be developed, combining interventions on human infections and integrated sand fly population management. Effective vector control requires a good understanding of the biology of sand flies. To this end, we sequenced and annotated the genomes of two sand fly species that are important leishmaniasis vectors from the Old and New Worlds. These genomes allow us to better understand, at the genetic level, processes important in the vector biology of these species, such as finding hosts, blood-feeding, immunity, and detoxification. These genomic resources highlight the driving forces of evolution of two major Leishmania vectors and provide foundations for future research on how to better prevent leishmaniasis by control of the sand fly vectors.

Introduction: Triatomines are vectors of Trypanosoma cruzi , the etiological agent of Chagas disease. Currently, there is no vaccine against this disease. Thus, control of the insect vector population is the main strategy available to reduce the number of cases. Triatomines are considered obligate hematophagous, but different alternative feeding behaviors were described, such as haemolymphagy or plant feeding. Methods: To determine the preference for sugar feeding in nymphs and adults of Rhodnius prolixus , the insects were exposed a piece of cotton containing bromophenol blue plus sucrose. In addition, we offered several sugars for different species of triatomines, and tested sugar meals as a route of delivery of insecticides in first-instar nymphs of R. prolixus . The effect of sugar feeding on the physiology of these different species of triatomines was recorded. Results: First instar nymphs ingested sucrose more strongly than other stages, and showed high mortality rates. In different species of triatomines, sucrose induced an ingestion, but engorgement varied according to the species. R. prolixus nymphs showed an indiscriminate intake of various sugars, with very different physiological effects. Furthermore, ingesting different combinations of insecticides + sugar significantly reduced insect survival. Discussion: In summary, we described for the first-time sugar feeding as a widespread behavior in several species of triatomines, and the possibility of the use of toxic sugar baits for the control of these vectors. The knowledge of feeding behavior in these insects can be fundamental for the development of new strategies to control Chagas disease.

The application of microorganisms as bio-control agents against arthropod populations is a need in many countries, especially in tropical, subtropical, and neotropical endemic areas. Several arthropod species became agricultural pests of paramount economic significance, and many methods have been developed for field and urban applications to prevent their, the most common being the application of chemical insecticides. However, the indiscriminate treatment based upon those substances acted as a selective pressure for upcoming resistant phenotype populations. As alternative tools, microorganisms have been prospected as complementary tools for pest and vectorial control, once they act in a more specific pattern against target organisms than chemicals. They are considered environmentally friendly since they have considerably less off-target effects. Entomopathogenic fungi are organisms capable of exerting pathogenesis in many vector species, thus becoming potential tools for biological management. The entomopathogenic fungi Metarhizium sp. have been investigated as a microbiological agent for the control of populations of insects in tropical regions. However, the development of entomopathogenic fungi as control tools depends on physiological studies regarding aspects such as mechanisms of pathogenicity, secreted enzymes, viability, and host-pathogen aspects. The following review briefly narrates current aspects of entomopathogenic fungi, such as physiology, cellular characteristics, host-pathogen interactions, and its previous applications against different insect orders with medical and economic importance. Approaches integrating new isolation, prospection, characterization, delivery strategies, formulations, and molecular and genetic tools will be decisive to elucidate the molecular mechanisms of EPFs and to develop more sustainable alternative pesticides.