Published June 7, 2021 | Version v1
Publication Open

Expansive and diverse phenotypic landscape of field <i>Aedes aegypti</i> larvae with differential susceptibility to temephos: beyond metabolic detoxification

  • 1. Edge Hill University
  • 2. University of Liverpool
  • 3. Universidad de Antioquia

Description

Abstract Arboviruses including dengue, Zika and chikungunya are amongst the most significant public health concerns worldwide and their control relies heavily on the use of insecticides to control the vector mosquito Aedes aegypti . The success of controlling these vector-pathogen systems is threatened by widespread insecticide resistance. The work presented here profiled the gene expression of the larvae from two field populations of Ae. aegypti with differential susceptibility to temephos. The contrasting phenotypes originated from two Colombian urban locations, Bello and Cúcuta, that we have previously reported to have distinctive disease incidence, socioeconomics, and climate. The closeness of the geographical origin of the study populations was suspected to be highly influential in the profiling of the gene expression of resistance since the mosquito's resistance levels themselves are highly dependent upon environmental variables. We demonstrated that an exclusive field-to-lab ( Ae. aegypti reference strain New Orleans) comparison generates an over estimation of differential gene expression (DGE) and that the inclusion of a geographically relevant field control, as used here, yields a more discrete, and likely, more specific set of genes. The composition of the obtained DGE profiles is varied, with commonly reported resistance associated genes such as detoxifying enzymes having only a small representation. We identify cuticle biosynthesis, ion exchange homeostasis, an extensive number of long non-coding RNAs, and chromatin modelling among the specifically and differentially expressed genes in field resistant Ae. aegypti larvae. It was also shown that temephos resistant larvae undertake further gene expression responses when temporarily exposed to this insecticide. The results from the sampling triangulation approach undertaken here contributes a discrete DGE profiling with reduced noise that permitted the observation of a greater gene diversity. This deeper gene granularity significantly increases the number of potential targets for the control of insecticide resistant mosquitoes and widens our knowledge base on the complex phenotypic network of the Ae. aegypti mosquito responses to insecticides. Author Summary Aedes aegypti mosquitoes are vectors for several significant human viruses including dengue, Zika and chikungunya. The lack of widely available vaccines and specific antiviral treatments for these viruses means that the principal method for reducing disease burden is through controlling the vector mosquitoes. Mosquito control relies heavily on the use of insecticides and successful vector control is threatened by widespread insecticide resistance in Ae. aegypti. Here, we examined changes in gene expression that occur in temephos resistant populations of Ae. aegypti from two field populations in Colombia. We compare gene expression in resistant larvae from Cúcuta with susceptible larvae from Bello and a susceptible laboratory strain of Ae. aegypti (New Orleans). We also compare mosquitoes from Cúcuta with and without temephos exposure. We report several differentially expressed genes beyond those usually reported in resistant mosquitoes. We also demonstrate the over estimation in differential gene expression that can occur when field resistant populations are compared against lab susceptible populations only. The identification of new mechanisms involved in the development of insecticide resistance is crucial to fully understanding how resistance occurs and how best it can be reduced.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تعد فيروسات Arboviruses التجريدية بما في ذلك حمى الضنك وزيكا والشيكونغونيا من بين أهم مخاوف الصحة العامة في جميع أنحاء العالم وتعتمد مكافحتها بشكل كبير على استخدام المبيدات الحشرية للسيطرة على البعوض الناقل Aedes aegypti . إن نجاح السيطرة على هذه الأنظمة الممرضة لناقلات الأمراض مهدد بمقاومة المبيدات الحشرية على نطاق واسع. قدم العمل المقدم هنا لمحة عن التعبير الجيني لليرقات من مجموعتين ميدانيتين من Ae. aegypti مع قابلية تفاضلية للتيموفوس. نشأت الأنماط الظاهرية المتناقضة من موقعين حضريين كولومبيين، بيلو وكوكوتا، أبلغنا سابقًا عن وجود حالات مرضية مميزة، واقتصاديات اجتماعية، ومناخ. كان يشتبه في أن قرب الأصل الجغرافي لمجموعات الدراسة له تأثير كبير في توصيف التعبير الجيني للمقاومة لأن مستويات مقاومة البعوض نفسها تعتمد بشكل كبير على المتغيرات البيئية. لقد أظهرنا أن المقارنة الحصرية بين الحقل والمختبر ( Ae. aegypti reference strain New Orleans) تولد تقديرًا مفرطًا للتعبير الجيني التفاضلي (DGE) وأن تضمين عنصر تحكم ميداني ذي صلة جغرافيًا، كما هو مستخدم هنا، ينتج مجموعة جينات أكثر تميزًا، وعلى الأرجح، أكثر تحديدًا. يتنوع تكوين ملفات تعريف DGE التي تم الحصول عليها، مع وجود جينات مرتبطة بالمقاومة تم الإبلاغ عنها بشكل شائع مثل إنزيمات إزالة السموم التي لها تمثيل صغير فقط. نحدد التخليق الحيوي للبشرة، واستتباب التبادل الأيوني، وعدد كبير من الحمض النووي الريبوزي غير المشفر الطويل، ونمذجة الكروماتين بين الجينات المعبر عنها بشكل محدد ومختلف في يرقات الزاعجة المصرية المقاومة للحقل. كما تبين أن اليرقات المقاومة للتيموفوس تقوم بمزيد من استجابات التعبير الجيني عند تعرضها مؤقتًا لهذا المبيد الحشري. تساهم نتائج نهج تثليث أخذ العينات الذي يتم إجراؤه هنا في تحديد ملامح DGE المنفصلة مع تقليل الضوضاء التي سمحت بملاحظة تنوع جيني أكبر. هذه الدقة الجينية الأعمق تزيد بشكل كبير من عدد الأهداف المحتملة لمكافحة البعوض المقاوم للمبيدات الحشرية وتوسع قاعدتنا المعرفية حول الشبكة الظاهرية المعقدة لاستجابات البعوض الزاعجة المصرية للمبيدات الحشرية. ملخص المؤلف البعوض الزاعجة المصرية هي ناقلات للعديد من الفيروسات البشرية الهامة بما في ذلك حمى الضنك وزيكا والشيكونغونيا. ويعني الافتقار إلى اللقاحات المتاحة على نطاق واسع والعلاجات المحددة المضادة للفيروسات لهذه الفيروسات أن الطريقة الرئيسية للحد من عبء المرض هي من خلال السيطرة على البعوض الناقل. تعتمد مكافحة البعوض بشكل كبير على استخدام المبيدات الحشرية وتتعرض مكافحة النواقل الناجحة للتهديد من خلال مقاومة المبيدات الحشرية على نطاق واسع في الزاعجة المصرية. هنا، درسنا التغيرات في التعبير الجيني التي تحدث في مجموعات مقاومة للتيموفوس من Ae. aegypti من مجموعتين ميدانيتين في كولومبيا. نقارن التعبير الجيني في اليرقات المقاومة من كوكوتا مع اليرقات الحساسة من بيلو وسلالة مختبرية حساسة من Ae. aegypti (نيو أورليانز). كما نقارن البعوض من كوكوتا مع وبدون التعرض للتيموفوس. نبلغ عن العديد من الجينات التي يتم التعبير عنها بشكل مختلف بخلاف تلك التي يتم الإبلاغ عنها عادة في البعوض المقاوم. كما نوضح التقدير المفرط في التعبير الجيني التفاضلي الذي يمكن أن يحدث عند مقارنة المجموعات السكانية المقاومة للحقل مع المجموعات السكانية المعرضة للخطر في المختبر فقط. يعد تحديد الآليات الجديدة المشاركة في تطوير مقاومة المبيدات الحشرية أمرًا بالغ الأهمية للفهم الكامل لكيفية حدوث المقاومة وأفضل طريقة لتقليلها.

Translated Description (French)

Résumé Les arbovirus, y compris la dengue, le Zika et le chikungunya, font partie des préoccupations de santé publique les plus importantes au monde et leur lutte repose fortement sur l'utilisation d'insecticides pour lutter contre le moustique vecteur Aedes aegypti . Le succès du contrôle de ces systèmes vecteur-pathogène est menacé par la résistance généralisée aux insecticides. Les travaux présentés ici ont permis de profiler l'expression génique des larves de deux populations de terrain d'Ae. aegypti présentant une sensibilité différentielle au téméphos. Les phénotypes contrastés provenaient de deux zones urbaines colombiennes, Bello et Cúcuta, que nous avons précédemment signalées comme ayant une incidence, une socio-économie et un climat distincts. La proximité de l'origine géographique des populations étudiées a été soupçonnée d'être très influente dans le profilage de l'expression génique de la résistance, car les niveaux de résistance du moustique eux-mêmes dépendent fortement de variables environnementales. Nous avons démontré qu'une comparaison exclusive de terrain à laboratoire (souche de référence Ae. aegypti de la Nouvelle-Orléans) génère une surestimation de l'expression différentielle des gènes (DGE) et que l'inclusion d'un contrôle de terrain géographiquement pertinent, tel qu'utilisé ici, donne un ensemble de gènes plus discret et probablement plus spécifique. La composition des profils DGE obtenus est variée, les gènes associés à la résistance couramment rapportés tels que les enzymes détoxifiantes n'ayant qu'une faible représentation. Nous identifions la biosynthèse cuticulaire, l'homéostasie d'échange d'ions, un grand nombre de longs ARN non codants et la modélisation de la chromatine parmi les gènes spécifiquement et différentiellement exprimés chez les larves d'Ae. aegypti résistantes au champ. Il a également été montré que les larves résistantes au téméphos entreprennent d'autres réponses d'expression génique lorsqu'elles sont temporairement exposées à cet insecticide. Les résultats de l'approche de triangulation d'échantillonnage entreprise ici contribuent à un profilage DGE discret avec un bruit réduit qui a permis l'observation d'une plus grande diversité génétique. Cette granularité génétique plus profonde augmente considérablement le nombre de cibles potentielles pour le contrôle des moustiques résistants aux insecticides et élargit notre base de connaissances sur le réseau phénotypique complexe des réponses des moustiques Ae. aegypti aux insecticides. Résumé de l'auteur Les moustiques Aedes aegypti sont des vecteurs de plusieurs virus humains importants, notamment la dengue, le Zika et le chikungunya. Le manque de vaccins largement disponibles et de traitements antiviraux spécifiques pour ces virus signifie que la principale méthode pour réduire la charge de morbidité consiste à contrôler les moustiques vecteurs. La lutte contre les moustiques repose fortement sur l'utilisation d'insecticides et la lutte antivectorielle réussie est menacée par la résistance généralisée aux insecticides chez Ae. aegypti. Ici, nous avons examiné les changements dans l'expression des gènes qui se produisent dans les populations résistantes au téméphos d'Ae. aegypti provenant de deux populations de terrain en Colombie. Nous comparons l'expression génique chez des larves résistantes de Cúcuta avec des larves sensibles de Bello et une souche de laboratoire sensible d'Ae. aegypti (Nouvelle-Orléans). Nous comparons également les moustiques de Cúcuta avec et sans exposition au témephos. Nous rapportons plusieurs gènes exprimés différemment au-delà de ceux habituellement rapportés chez les moustiques résistants. Nous démontrons également la surestimation de l'expression différentielle des gènes qui peut se produire lorsque les populations résistantes au champ sont comparées uniquement aux populations sensibles au laboratoire. L'identification de nouveaux mécanismes impliqués dans le développement de la résistance aux insecticides est cruciale pour bien comprendre comment la résistance se produit et comment elle peut être réduite au mieux.

Translated Description (Spanish)

Los arbovirus, incluidos el dengue, el Zika y el chikungunya, se encuentran entre los problemas de salud pública más importantes del mundo y su control depende en gran medida del uso de insecticidas para controlar al mosquito vector Aedes aegypti . El éxito del control de estos sistemas vector-patógenos se ve amenazado por la resistencia generalizada a los insecticidas. El trabajo presentado aquí perfiló la expresión génica de las larvas de dos poblaciones de campo de Ae. aegypti con susceptibilidad diferencial a temephos. Los fenotipos contrastantes se originaron en dos ubicaciones urbanas colombianas, Bello y Cúcuta, que anteriormente hemos informado que tienen una incidencia, socioeconómica y clima distintivos de la enfermedad. Se sospechó que la cercanía del origen geográfico de las poblaciones de estudio era muy influyente en el perfilado de la expresión génica de resistencia, ya que los niveles de resistencia del mosquito en sí dependen en gran medida de las variables ambientales. Demostramos que una comparación exclusiva de campo a laboratorio (cepa de referencia Ae. aegypti New Orleans) genera una sobreestimación de la expresión génica diferencial (DGE) y que la inclusión de un control de campo geográficamente relevante, como se usa aquí, produce un conjunto de genes más discreto y probablemente más específico. La composición de los perfiles de DGE obtenidos es variada, y los genes asociados a la resistencia comúnmente informados, como las enzimas desintoxicantes, tienen solo una pequeña representación. Identificamos la biosíntesis de la cutícula, la homeostasis de intercambio iónico, un gran número de ARN largos no codificantes y el modelado de la cromatina entre los genes expresados específica y diferencialmente en larvas de Ae. aegypti resistentes al campo. También se demostró que las larvas resistentes al temefos realizan respuestas de expresión génica adicionales cuando se exponen temporalmente a este insecticida. Los resultados del enfoque de triangulación de muestreo realizado aquí contribuyen a un perfilado DGE discreto con ruido reducido que permitió observar una mayor diversidad génica. Esta granularidad genética más profunda aumenta significativamente el número de objetivos potenciales para el control de mosquitos resistentes a los insecticidas y amplía nuestra base de conocimientos sobre la compleja red fenotípica de las respuestas del mosquito Ae. aegypti a los insecticidas. Resumen del autor Los mosquitos Aedes aegypti son vectores de varios virus humanos importantes, incluidos el dengue, el Zika y el chikungunya. La falta de vacunas ampliamente disponibles y de tratamientos antivirales específicos para estos virus significa que el principal método para reducir la carga de la enfermedad es a través del control de los mosquitos vectores. El control de mosquitos depende en gran medida del uso de insecticidas y el control exitoso de vectores se ve amenazado por la resistencia generalizada a los insecticidas en Ae. aegypti. Aquí, examinamos los cambios en la expresión génica que ocurren en poblaciones de Ae. aegypti resistentes al temefos de dos poblaciones de campo en Colombia. Comparamos la expresión génica en larvas resistentes de Cúcuta con larvas susceptibles de Bello y una cepa de laboratorio susceptible de Ae. aegypti (Nueva Orleans). También comparamos mosquitos de Cúcuta con y sin exposición al temefós. Informamos de varios genes expresados diferencialmente más allá de los que generalmente se informan en mosquitos resistentes. También demostramos la sobreestimación en la expresión génica diferencial que puede ocurrir cuando las poblaciones resistentes al campo se comparan solo con poblaciones susceptibles al laboratorio. La identificación de nuevos mecanismos involucrados en el desarrollo de la resistencia a los insecticidas es crucial para comprender completamente cómo se produce la resistencia y cuál es la mejor manera de reducirla.

Files

2021.06.07.447310.full.pdf.pdf

Files (3.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:ebaf41a0c4c3faf2c576278bf0e702c1
3.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مشهد ظاهري واسع ومتنوع ليرقات <i>الزاعجة المصرية</i> مع قابلية تفاضلية للتيمفوس: ما وراء إزالة السموم الأيضية
Translated title (French)
Paysage phénotypique étendu et diversifié des larves du champ <i>Aedes aegypti</i> avec sensibilité différentielle au témephos&nbsp;: au-delà de la désintoxication métabolique
Translated title (Spanish)
Paisaje fenotípico expansivo y diverso de larvas de campo de <i>Aedes aegypti</i> con susceptibilidad diferencial al temephos: más allá de la desintoxicación metabólica

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3168522078
DOI
10.1101/2021.06.07.447310

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Colombia

References

  • https://openalex.org/W1542426682
  • https://openalex.org/W1566780864
  • https://openalex.org/W1597848417
  • https://openalex.org/W1907661515
  • https://openalex.org/W1916919897
  • https://openalex.org/W1966729619
  • https://openalex.org/W1967564010
  • https://openalex.org/W1968892236
  • https://openalex.org/W1971067949
  • https://openalex.org/W1974920983
  • https://openalex.org/W1975052022
  • https://openalex.org/W1982038156
  • https://openalex.org/W1982847785
  • https://openalex.org/W1986809672
  • https://openalex.org/W1991265592
  • https://openalex.org/W1994135586
  • https://openalex.org/W1998660701
  • https://openalex.org/W2002487580
  • https://openalex.org/W2005122171
  • https://openalex.org/W2005260000
  • https://openalex.org/W2005303500
  • https://openalex.org/W2006314079
  • https://openalex.org/W2010871937
  • https://openalex.org/W2010980655
  • https://openalex.org/W2013003980
  • https://openalex.org/W2015527973
  • https://openalex.org/W2020734333
  • https://openalex.org/W2024195654
  • https://openalex.org/W2026846612
  • https://openalex.org/W2027190355
  • https://openalex.org/W2028079124
  • https://openalex.org/W2029233736
  • https://openalex.org/W2033339371
  • https://openalex.org/W2033779032
  • https://openalex.org/W2039350093
  • https://openalex.org/W2045846497
  • https://openalex.org/W2045949302
  • https://openalex.org/W2047546640
  • https://openalex.org/W2047683380
  • https://openalex.org/W2048928562
  • https://openalex.org/W2058076233
  • https://openalex.org/W2070056179
  • https://openalex.org/W2070430353
  • https://openalex.org/W2071982050
  • https://openalex.org/W2074955153
  • https://openalex.org/W2075165256
  • https://openalex.org/W2077145157
  • https://openalex.org/W2078027540
  • https://openalex.org/W2078847895
  • https://openalex.org/W2081762771
  • https://openalex.org/W2083292313
  • https://openalex.org/W2084182149
  • https://openalex.org/W2084759007
  • https://openalex.org/W2086599760
  • https://openalex.org/W2088376292
  • https://openalex.org/W2089034404
  • https://openalex.org/W2094605953
  • https://openalex.org/W2100013463
  • https://openalex.org/W2106921736
  • https://openalex.org/W2107018762
  • https://openalex.org/W2107060225
  • https://openalex.org/W2109293107
  • https://openalex.org/W2114104545
  • https://openalex.org/W2121256782
  • https://openalex.org/W2123036062
  • https://openalex.org/W2124154274
  • https://openalex.org/W2130164188
  • https://openalex.org/W2132015542
  • https://openalex.org/W2133153690
  • https://openalex.org/W2137809729
  • https://openalex.org/W2138479893
  • https://openalex.org/W2142800460
  • https://openalex.org/W2144229160
  • https://openalex.org/W2146303244
  • https://openalex.org/W2150976010
  • https://openalex.org/W2162141752
  • https://openalex.org/W2168678084
  • https://openalex.org/W2171034464
  • https://openalex.org/W2172927897
  • https://openalex.org/W2181240945
  • https://openalex.org/W2305741288
  • https://openalex.org/W2306436838
  • https://openalex.org/W2342703270
  • https://openalex.org/W2344001921
  • https://openalex.org/W2506589757
  • https://openalex.org/W2536820283
  • https://openalex.org/W2581049491
  • https://openalex.org/W2587012525
  • https://openalex.org/W2588317071
  • https://openalex.org/W2592363689
  • https://openalex.org/W2605166627
  • https://openalex.org/W2613745025
  • https://openalex.org/W2681049877
  • https://openalex.org/W2737733972
  • https://openalex.org/W2738161666
  • https://openalex.org/W2750879071
  • https://openalex.org/W2752876190
  • https://openalex.org/W2755823165
  • https://openalex.org/W2787916870
  • https://openalex.org/W2788502040
  • https://openalex.org/W2792412255
  • https://openalex.org/W2792953553
  • https://openalex.org/W2805161384
  • https://openalex.org/W2810473995
  • https://openalex.org/W2819565180
  • https://openalex.org/W2883357175
  • https://openalex.org/W2886654799
  • https://openalex.org/W2901573096
  • https://openalex.org/W2903766557
  • https://openalex.org/W2907072791
  • https://openalex.org/W2946936973
  • https://openalex.org/W2950464315
  • https://openalex.org/W2965165687
  • https://openalex.org/W2966779072
  • https://openalex.org/W2969232360
  • https://openalex.org/W2971516151
  • https://openalex.org/W2972447895
  • https://openalex.org/W2980486991
  • https://openalex.org/W2999870443
  • https://openalex.org/W3011541205
  • https://openalex.org/W3045271285
  • https://openalex.org/W3047012919
  • https://openalex.org/W3048721146
  • https://openalex.org/W3071678406
  • https://openalex.org/W3082728086
  • https://openalex.org/W3104444459
  • https://openalex.org/W3110096288
  • https://openalex.org/W3145297713
  • https://openalex.org/W4210539329
  • https://openalex.org/W4231034283
  • https://openalex.org/W87609575