Impact of Climate Change on Aedes albopictus biology: a Bioinformatics approach

The research activity was carried out within the framework of the Programma Operativo Nazionale Ricerca e Innovazione 2014-2020 (CCI2014IT16M2OP005), risorse FSE REACT-EU, Azione IV.4 “Dottorati e contratti di ricerca su tematiche dell’innovazione” e Azione IV.5 “Dottorati su tematiche Green”. The project, titled “Affrontare e sfruttare gli effetti del cambiamento climatico sul vettore di arbovirus Aedes albopictus” concluded with the work described here. The rising of environmental temperatures and the increasing frequency of extreme weather events favour the expansion of invasive tropical species into temperate areas. Among these, the Asian tiger mosquito Aedes albopictus is of particular concern to public health because it is a vector of arboviruses such as Dengue, Zika, and Chikungunya. In Italy, the introduction of Aedes albopictus has already caused several outbreaks, most notably of Chikungunya. Currently, the control strategies of these mosquitoes largely rely on the use of chemical insecticides, which negatively impact the environment and carry a growing risk of selecting resistant strains. It is therefore essential to identify eco-sustainable control strategies, especially with rising temperatures. In this context, the project aimed to investigate the genetic mechanisms underlying acclimation and thermal adaptation in Aedes albopictus. The proposed approach is based on experimental evolution and sequencing analyses (Evolution & Resequencing, E&R), wherein phenotypic and genetic differences were evaluated in mosquitoes exposed for multiple generations to a standard temperature regime of 28°C and a warmer regime of 32°C, simulating a climatic scenario in which mosquitoes must cope with higher temperatures. With bioinformatic approaches, I analysed the transcriptomes of these mosquitoes exposed to different temperatures and generations to identify the genes and biological processes involved in the phenotypic response of thermal adaptation. In parallel, I conducted simulations to assess the dynamics of allele frequencies of mosquito genotypes under different selective pressures, thus estimating their evolution over time and evaluating the accuracy with which genomic regions under selection can be identified. This project contributes to achieving the goals of the European Green Deal and the Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR), as part of broader efforts to mitigate the impacts of climate change and preserve biodiversity.

L’attività di ricerca svolta si colloca nell’ambito del Programma Operativo Nazionale Ricerca e Innovazione 2014-2020 (CCI2014IT16M2OP005), risorse FSE REACT-EU, Azione IV.4 “Dottorati e contratti di ricerca su tematiche dell’innovazione” e Azione IV.5 “Dottorati su tematiche Green”. Il progetto, dal titolo “Affrontare e sfruttare gli effetti del cambiamento climatico sul vettore di arbovirus Aedes albopictus” si è concluso con il lavoro di testi qui descritto. L’aumento delle temperature ambientali medie e la maggiore frequenza di eventi meteorologici estremi, favorisce l’espansione di specie invasive tropicali verso aree temperate. Tra queste, la zanzara tigre asiatica Aedes albopictus, desta particolare preoccupazione sanitaria poiché è un vettore di arbovirus quali Dengue, Zika e Chikungunya. In Italia, l’introduzione di Aedes albopictus ha già causato diversi focolai, in particolare di Chikungunya. Ad oggi, il controllo di queste zanzare si basa principalmente sull’uso di insetticidi chimici, con ricadute negative sull’ambiente e il crescente rischio di selezionare ceppi resistenti. Diviene dunque essenziale individuare strategie di controllo eco-sostenibili, in particolare alla luce delle temperature in aumento. In questo contesto, il progetto mira a investigare i meccanismi genetici che favoriscono l’acclimatazione e l’adattamento termico in Aedes albopictus. L’approccio proposto si basa su studi di evoluzione sperimentale ed analisi di sequenziamenti (Evolution & Resequencing, E&R), nel quale sono state valutate le differenze fenotipiche e genetiche tra zanzare esposte per diverse generazioni a un regime termico standard di 28°C e un regime termico di 32°C, simulando uno scenario climatico in cui le zanzare devono adattarsi a temperature maggiori. Tramite l’utilizzo di strumenti bioinformatici, ho analizzato i trascrittomi di queste zanzare campionate a temperature e generazioni diverse per identificare i geni e i processi biologici coinvolti nella risposta fenotipica dell’adattamento termico. In parallelo, ho effetuato delle simulazioni per valutare la dinamica delle frequenze alleliche nei genotipi di zanzara sottoposti a diverse pressioni selettive, così da stimarne l’evoluzione nel tempo e misurare con quanta accuratezza sia possibile identificare le regioni genomiche soggette a selezione. Il progetto contribuisce al conseguimento degli obiettivi del Green Deal Europeo e del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR) nell’ambito delle azioni volte a contrastare gli impatti del cambiamento climatico e a preservare la biodiversità.