A ribosomal DNA-polymerase chain reaction (PCR) method has been developed for species identification of individuals of the five most widespread members of the Anopheles gambiae complex, a group of morphologically indistinguishable sibling mosquito species that includes the major vectors of malaria in Africa. The method, which is based on species-specific nucleotide sequences in the ribosomal DNA intergenic spacers, may be used to identify both species and interspecies hybrids, regardless of life stage, using either extracted DNA or fragments of a specimen. Intact portions of a mosquito as small as an egg or the segment of one leg may be placed directly into the PCR mixture for amplification and analysis. The method uses a cocktail of five 20-base oligonucleotides to identify An. gambiae, An. arabiensis, An. quadriannnulatus, and either An. melas in western Africa or An. melas in eastern and southern Africa.

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.

We have identified 242 Anopheles gambiae genes from 18 gene families implicated in innate immunity and have detected marked diversification relative to Drosophila melanogaster . Immune-related gene families involved in recognition, signal modulation, and effector systems show a marked deficit of orthologs and excessive gene expansions, possibly reflecting selection pressures from different pathogens encountered in these insects' very different life-styles. In contrast, the multifunctional Toll signal transduction pathway is substantially conserved, presumably because of counterselection for developmental stability. Representative expression profiles confirm that sequence diversification is accompanied by specific responses to different immune challenges. Alternative RNA splicing may also contribute to expansion of the immune repertoire.

We used bioinformatic approaches to identify a total of 276 G protein–coupled receptors (GPCRs) from the Anopheles gambiae genome. These include GPCRs that are likely to play roles in pathways affecting almost every aspect of the mosquito's life cycle. Seventy-nine candidate odorant receptors were characterized for tissue expression and, along with 76 putative gustatory receptors, for their molecular evolution relative to Drosophila melanogaster . Examples of lineage-specific gene expansions were observed as well as a single instance of unusually high sequence conservation.

The emergence of insecticide resistance in the mosquito poses a serious threat to the efficacy of many malaria control programs. We have searched the Anopheles gambiae genome for members of the three major enzyme families— the carboxylesterases, glutathione transferases, and cytochrome P450s—that are primarily responsible for metabolic resistance to insecticides. A comparative genomic analysis with Drosophila melanogaster reveals that a considerable expansion of these supergene families has occurred in the mosquito. Low gene orthology and little chromosomal synteny paradoxically contrast the easily identified orthologous groups of genes presumably seeded by common ancestors. In A. gambiae , the independent expansion of paralogous genes is mainly a consequence of the formation of clusters among locally duplicated genes. These expansions may reflect the functional diversification of supergene families consistent with major differences in the life history and ecology of these organisms. These data provide a basis for identifying the resistance-associated enzymes within these families. This will enable the resistance status of mosquitoes, flies, and possibly other holometabolous insects to be monitored. The analyses also provide the means for identifying previously unknown molecules involved in fundamental biological processes such as development.

A 0.59 kilobase DNA fragment cloned from an rDNA cistron of the mosquito Anopheles gambiae can be used as a probe to differentiate between A. gambiae, A. arabiensis, and A. melas, three morphologically identical sibling species in the A. gambiae complex which otherwise can be reliably distinguished only by polytene chromosome banding patterns. Although all are important (and often sympatric) African malaria vectors, their relative roles in malaria transmission have thus far been difficult to assess. The probe, an EcoRI-SalI fragment from the 3′ end of the 28S β coding region of the cistron, is present in all three species, but the species differ uniquely with respect to the location of an EcoRI site in the nontranscribed spacer (NTS) downstream of the fragment. We have routinely used the probe to identify A. gambiae complex mosquitoes to species on the basis of genomic DNA extracted from individual air dried specimens. A single mosquito abdomen provides more than sufficient DNA for the assay, and neither eggs nor a bloodmeal in the abdomen interfere with DNA yield. Moreover, the DNA extraction procedure does not degrade the bloodmeal IgG, so the residual protein pellet can be used to identify the mosquito bloodmeal source. Since the rDNA cistron organization as detected by the probe does not differ between male and female mosquitoes, the probe can be used for either sex. Preliminary experiments show that the probe is equally useful for mosquito larvae and pupae.

Abstract A field trial of permethrin‐impregnated bednets and curtains was initiated in Western Kenya in 1990, and a strain of Anopheles gambiae showing reduced susceptibility to permethrin was colonized from this site in 1992. A leucine–phenylalanine substitution at position 1014 of the voltage‐gated sodium channel is associated with resistance to permethrin and DDT in many insect species, including Anopheles gambiae from West Africa. We cloned and sequenced a partial sodium channel cDNA from the Kenyan permethrin‐resistant strain and we identified an alternative substitution (leucine to serine) at the same position, which is linked to the inheritance of permethrin resistance in the F 2 progeny of genetic crosses between susceptible and resistant individuals. The diagnostic polymerase chain reaction (PCR) developed by Martinez‐Torres et al . [(1998) Insect Mol Biol 7: 179–184] to detect kdr alleles in field populations of An. gambiae will not detect the Kenyan allele and hence reliance on this assay may lead to an underestimate of the prevalence of pyrethroid resistance in this species. We adapted the diagnostic PCR to detect the leucine–serine mutation and with this diagnostic we were able to demonstrate that this kdr allele was present in individuals collected from the Kenyan trial site in 1986, prior to the introduction of pyrethroid‐impregnated bednets. The An. gambiae sodium channel was physically mapped to chromosome 2L, division 20C. This position corresponds to the location of a major quantitative trait locus determining resistance to permethrin in the Kenyan strain of An. gambiae.

VectorBase is a National Institute of Allergy and Infectious Diseases supported Bioinformatics Resource Center (BRC) for invertebrate vectors of human pathogens. Now in its 11th year, VectorBase currently hosts the genomes of 35 organisms including a number of non-vectors for comparative analysis. Hosted data range from genome assemblies with annotated gene features, transcript and protein expression data to population genetics including variation and insecticide-resistance phenotypes. Here we describe improvements to our resource and the set of tools available for interrogating and accessing BRC data including the integration of Web Apollo to facilitate community annotation and providing Galaxy to support user-based workflows. VectorBase also actively supports our community through hands-on workshops and online tutorials. All information and data are freely available from our website at https://www.vectorbase.org/.

Comparison of the genomes and proteomes of the two diptera Anopheles gambiae and Drosophila melanogaster , which diverged about 250 million years ago, reveals considerable similarities. However, numerous differences are also observed; some of these must reflect the selection and subsequent adaptation associated with different ecologies and life strategies. Almost half of the genes in both genomes are interpreted as orthologs and show an average sequence identity of about 56%, which is slightly lower than that observed between the orthologs of the pufferfish and human (diverged about 450 million years ago). This indicates that these two insects diverged considerably faster than vertebrates. Aligned sequences reveal that orthologous genes have retained only half of their intron/exon structure, indicating that intron gains or losses have occurred at a rate of about one per gene per 125 million years. Chromosomal arms exhibit significant remnants of homology between the two species, although only 34% of the genes colocalize in small “microsyntenic” clusters, and major interarm transfers as well as intra-arm shuffling of gene order are detected.

As an obligatory parasite of humans, the body louse (Pediculus humanus humanus) is an important vector for human diseases, including epidemic typhus, relapsing fever, and trench fever. Here, we present genome sequences of the body louse and its primary bacterial endosymbiont Candidatus Riesia pediculicola. The body louse has the smallest known insect genome, spanning 108 Mb. Despite its status as an obligate parasite, it retains a remarkably complete basal insect repertoire of 10,773 protein-coding genes and 57 microRNAs. Representing hemimetabolous insects, the genome of the body louse thus provides a reference for studies of holometabolous insects. Compared with other insect genomes, the body louse genome contains significantly fewer genes associated with environmental sensing and response, including odorant and gustatory receptors and detoxifying enzymes. The unique architecture of the 18 minicircular mitochondrial chromosomes of the body louse may be linked to the loss of the gene encoding the mitochondrial single-stranded DNA binding protein. The genome of the obligatory louse endosymbiont Candidatus Riesia pediculicola encodes less than 600 genes on a short, linear chromosome and a circular plasmid. The plasmid harbors a unique arrangement of genes required for the synthesis of pantothenate, an essential vitamin deficient in the louse diet. The human body louse, its primary endosymbiont, and the bacterial pathogens that it vectors all possess genomes reduced in size compared with their free-living close relatives. Thus, the body louse genome project offers unique information and tools to use in advancing understanding of coevolution among vectors, symbionts, and pathogens.