Louis Lambrechts, Mathieu Gautier, Amine Ghozlane, Laura B. Dickson, Albin Fontaine, Isabelle Moltini-Conclois, Christophe Paupy, Sarah H. Merkling, Diego Ayala, Davy Jiolle, Interactions Virus-Insectes - Insect-Virus Interactions (IVI), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pasteur [Paris], Centre de Biologie pour la Gestion des Populations (UMR CBGP), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Hub Bioinformatique et Biostatistique - Bioinformatics and Biostatistics HUB, Institut Pasteur [Paris]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Diversity, ecology, evolution & Adaptation of arthropod vectors (MIVEGEC-DEEVA), Evolution des Systèmes Vectoriels (ESV), Maladies infectieuses et vecteurs : écologie, génétique, évolution et contrôle (MIVEGEC), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Maladies infectieuses et vecteurs : écologie, génétique, évolution et contrôle (MIVEGEC), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud]), Centre International de Recherches Médicales de Franceville (CIRMF), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud]), Vecteurs - Infections tropicales et méditerranéennes (VITROME), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut de Recherche Biomédicale des Armées (IRBA), Institut de Recherche Biomédicale des Armées [Antenne Marseille] (IRBA), Institut Hospitalier Universitaire Méditerranée Infection (IHU Marseille), Region Ile-de-France, ANR-17-ERC2-0016,GxG,Base génétique de la spécificité génotype-génotype dans l'interaction naturelle entre un virus et son insecte vecteur(2017), ANR-18-CE35-0003,BAKOUMBA,Dissection de la base génétique d'un phénotype naturel de résistance à la dengue chez le moustique Aedes aegypti(2018), ANR-10-LABX-0062,IBEID,Integrative Biology of Emerging Infectious Diseases(2010), Institut Pasteur [Paris] (IP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Université de Montpellier (UM)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro - Montpellier SupAgro, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), and Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut de Recherche Biomédicale des Armées [Brétigny-sur-Orge] (IRBA)
Although specific interactions between host and pathogen genotypes have been well documented in invertebrates, the identification of host genes involved in discriminating pathogen genotypes remains a challenge. In the mosquito Aedes aegypti, the main dengue virus (DENV) vector worldwide, statistical associations between host genetic markers and DENV types or strains were previously detected, but the host genes underlying this genetic specificity have not been identified. In particular, it is unknown whether DENV type- or strain-specific resistance relies on allelic variants of the same genes or on distinct gene sets. Here, we investigated the genetic architecture of DENV resistance in a population of Ae. aegypti from Bakoumba, Gabon, which displays a stronger resistance phenotype to DENV type 1 (DENV-1) than to DENV type 3 (DENV-3) infection. Following experimental exposure to either DENV-1 or DENV-3, we sequenced the exomes of large phenotypic pools of mosquitoes that are either resistant or susceptible to each DENV type. Using variation in single-nucleotide polymorphism (SNP) frequencies among the pools, we computed empirical p values based on average gene scores adjusted for the differences in SNP counts, to identify genes associated with infection in a DENV type-specific manner. Among the top 5% most significant genes, 263 genes were significantly associated with resistance to both DENV-1 and DENV-3, 287 genes were only associated with DENV-1 resistance and 290 were only associated with DENV-3 resistance. The shared significant genes were enriched in genes with ATP binding activity and sulfur compound transmembrane transporter activity, whereas the genes uniquely associated with DENV-3 resistance were enriched in genes with zinc ion binding activity. Together, these results indicate that specific resistance to different DENV types relies on largely non-overlapping sets of genes in this Ae. aegypti population and pave the way for further mechanistic studies., Author summary Compatibility between hosts and pathogens is often genetically specific in invertebrates but host genes underlying this genetic specificity have not been elucidated. We investigated the genetic architecture of dengue virus type-specific resistance in the mosquito vector Aedes aegypti. We used a natural population of Ae. aegypti from Bakoumba, Gabon, which is differentially resistant to dengue virus type 1 and dengue virus type 3. We surveyed genetic variation in protein-coding regions of the mosquito genome and compared the frequency of genetic polymorphisms between groups of mosquitoes that are either resistant or susceptible to each dengue virus type. We found that the Ae. aegypti genes associated with resistance to dengue virus type 1 or dengue virus type 3 were largely non-overlapping. This finding indicates that different sets of host genes, rather than different variants of the same genes, confer pathogen-specific resistance in this population. This study is an important step towards identification of mechanisms underlying the genetic specificity of invertebrate host-pathogen interactions.