Visual Inputs in Mosquito Behaviors

University Of Notre Dame, Notre Dame IN

Investigators

Linked publications, trials & patents

Abstract

PROJECT SUMMARY  A  major  goal  of  mosquito  research  is  improved  methodologies  for  control  of  the  diseases  transmitted  by  these  insects.  The  mosquito?s  sensory  systems  provide  all  the  information  for  identifying human hosts, choosing sites for egg laying, and all the other behaviors used by this  organism.    This  project  focuses  on  the  mosquito?s  visual  capabilities.  The  R1-6  cells  are  the  major class of photoreceptors of the adult mosquito. These cells provide the sensory capability  needed  for  the  formation  of  visual  images  required  for  navigation  and  object  recognition.  The  R1-6  photoreceptors  of  Aedes  mosquitoes  also  possess  a  specialized  feature  in  which  the  light  sensor  of  these  cells,  the  Aaop1  rhodopsin,  is  actively  removed  from  the  photoreceptive  membranes in daylight and returned to these membranes at night.  We  seek  to  understand  the  role  of  the  R1-6  photoreceptors  and  the  specialized  rhodopsin  trafficking  capability  of  these  cells.  Innovative  gene-editing  capabilities  provided  by  site-specific  CRISPR  endonucleases  will  facilitate  the  creation  of  an  Aedes  Aaop1  mutant.  The  R1-6  photoreceptors  will  not  be  capable  of  light  detection  in  this  Aaop1  mutant.  Histological  analysis  will  document  the  importance  of  Aaop1  in  triggering  the  day-night  cycles  of  remodeling.  We  will  also  evaluate  the  importance  of  these  R1-6  cells  in  mosquito  vision  by  characterizing  the  optomotor  response  of  the  Aaop1  mutant.  The  optomotor  response  is  indicative  of  the  mosquito?s  capability  to  respond  to  information  existing  within  a  visual  field.  Both  light  intensity  and  physical  characteristics  of  objects  in  the  visual  field  will  be  varied  to  generate  a  detailed  understanding  of  the  Aaop1  mutant?s  visual  deficits.  Results  in  the  Drosophila  system  show  that  arrestins  are  adapter  proteins  that  bind  to  light-activated  rhodopsin  to  build  the  protein  complex  responsible  for  light-triggered  rhodopsin  movement.  There  are  two  arrestin  genes  expressed  in  Aedes  photoreceptors.  We  will  use  gene  editing  to  create  mutations  in  both  of  these  genes.  Characterization  of  these  two  arrestin  mutants  will  determine  their  specialized  roles  in  Aedes  photoreceptors.  The  effort  will  test  the  hypothesis  that  inability  to  remove  rhodopsin  from  the  photosensitive  membranes  during  the  daylight  hours results in retinal degeneration. We will use visual response behaviors to determine how  quickly  the  arrestin  mutants  and  associated  retinal  degenerative  processes  compromise  the  mosquito?s visual capabilities.  In summary, this project is an innovative approach to characterize mosquito vision and  the  importance  of  specialized  features  of  mosquito  photoreceptors.  Our  work  will  create  the  first  vision-defective  mosquito  mutants.  These  mutants  provide  a  unique  resource  to  evaluate  the role of vision in host recognition and other complex mosquito behaviors.