Distribution and population genetics of the invasive Asian bush mosquito Aedes japonicus (Diptera, Culicidae) in Germany and eastern Europe | Verbreitung und populationsgenetische Untersuchungen der invasiven Asiatischen Buschmücke Aedes japonicus (Diptera, Culicidae) in Deutschland und östlichem Europa

English. The present study deals with the spread and population genetics of the invasive Asian bush mosquito Ae. japonicus in Europe and Germany. Since the first detection of Ae. japonicus in Europe in 2000, the species spread rapidly through Europe, either actively by flying or passively by human activities. In 2017, four confirmed populations of Ae. japonicus existed in Europe. The largest population covered western Germany, parts of France, Switzerland, Liechtenstein, Austria and Italy. The most northern population around Hanover, Germany, did not spread since 2013. A very small population existed in Belgium and the second largest population covered parts of Austria, Italy, Slovenia, Croatia and Hungary. By 2019, Ae. japonicus had established in 15 European countries. Most of the monitoring programmes in Europe dealing with the distribution and spread of Ae. japoncus investigate cemeteries for juvenile stages. However, activities are not harmonised, e.g. regarding numbers of investigated collection sites and declaration of negative sites, making data comparison between different studies difficult. Therefore, suggestions for a standardised Ae. japonicus monitoring method have been developed and provided. In the present study, 445 individuals of Ae. japonicus originating from five different European countries were investigated for population genetic analyses by sequencing parts of the nad4 gene and genotyping seven polymorphic microsatellite loci. In total, 16 different nad4 haplotypes were identified with haplotype H1 being the most common and widespread one through all populations. Within Germany, Ae. japonicus has been spreading immensely over the last decade. Even though the present results (2017) demonstrate incipient genetic admixture of populations as compared to previous studies (2012-2015), no complete genetic mixture has taken place yet. The populations of Ae. japonicus still fall into two genetic clusters, but the genetic diversity on individual level had increased considerably (from three nad4 haplotypes in 2012 to 12 according to the present thesis). Both additional introductions and mutation are possible reasons, but determining the origin of the German populations is not possible anymore. In the years following the invasion of Germany, Ae. japonicus spread to southeastern Europe. In 2013, it established in Croatia, in 2017 in Bosnia and Herzegovina and in 2018 in Serbia. In the current study, immature stages of Ae. japonicus were found at 19 sites in Croatia, two sites in Bosnia and Herzegovina and one site in Serbia. The population genetic analyses indicate at least two independent introductions in that area. Aedes japonicus collected west of Orahovica (Croatia) seemed to be genetically similar to samples previously investigated from Southeast Germany/Austria and Austria/Slovenia. By contrast, samples from east of Orahovica, together with those from Serbia and Bosnia and Herzegovina, were characterised by another genetic make-up, but their origin could not be determined. In 2021, individuals of Ae. japonicus were detected at two collection sites in the Czech Republic for the first time: Prachatice close to the Czech-German border and Mikulov on the Czech-Austrian border. Population genetics and comparison of genetic data showed a close relationship of the Prachatice samples to a German population, while for Ae. japonicus from Mikulov close relatives could not be identified. In the future, the global spread and establishment of invasive mosquitoes through international trade and travel will increase. Potential vectors, like the Asian bush mosquito Ae. japonicus, can become a problem in Europe and Germany, especially in the course of global warming which supports pathogen transmission. Monitoring the known populations and identifying introduction and migration routes are therefore essential for vector managing.

German. Die vorliegende Studie behandelt die Ausbreitung und populationsgenetische Untersuchungen der invasiven Asiatischen Buschmücke Ae. japonicus in Europa und Deutschland. Seit der erstmaligen Entdeckung von Ae. japonicus in Europa im Jahr 2000, hat sich diese Spezies sowohl aktiv durch Fliegen als auch passiv durch menschliche Aktivitäten sehr schnell in Europa ausgebreitet. Im Jahr 2017 existierten vier Populationen von Ae. japonicus in Europa. Die größte Population erstreckte sich über das westliche Deutschland, Teile von Frankreich, der Schweiz, Liechtenstein sowie Österreich und Italien. Die nördlichste Population um Hannover hat sich seit 2013 nicht ausgebreitet. Eine sehr kleine Population befindet sich in Belgien und die zweitgrößte bedeckt Teile von Österreich, Italien, Slowenien, Kroatien und Ungarn. Bis 2019 hatte sich Ae. japonicus in 15 europäischen Ländern etabliert. Die meisten auf die Ver- und Ausbreitung von Ae. japonicus ausgerichteten Monitoringprogramme in Europa untersuchen Friedhöfe auf die Juvenilstadien. Die Studien sind jedoch nicht harmonisiert, z.B. hinsichtlich der Anzahl untersuchter Sammlungsstellen und Festlegung von negativen Stellen, so dass der Datenvergleich zwischen verschiedenen Studien schwierig ist. Aus diesem Grund wurden Vorschläge für eine standardisierte Monitoringmethode entwickelt und vorgelegt. In der vorliegenden Studie wurden 445 Individuen von Ae. japonicus aus fünf verschiedenen europäischen Ländern populationsgenetisch untersucht, indem Teile des nad4-Gens sequenziert und sieben polymorphe Mikrosatelliten Loci untersucht wurden. Insgesamt wurden 16 verschiedenen nad4-Haplotypen identifiziert, wobei Haplotyp H1 in allen Populationen am häufigsten und weitesten verbreitet war. Innerhalb Deutschlands hat sich Ae. japonicus in den letzten 10 Jahren stark ausgebreitet. Auch wenn die aktuellen Ergebnisse (2017) in Relation zu vorherigen Studien (2012-2015) eine beginnende genetische Vermischung der Populationen anzeigen, hat bisher keine vollständige Vermischung stattgefunden. Die Ae. japonicus-Populationen fallen noch immer in zwei genetische Cluster, aber die genetische Vielfalt auf individualer Ebene hat beträchtlich zugenommen (von drei nad4-Haplotypen in 2012 zu zwölf in der vorliegenden Studie). Sowohl neue Eintragungen als auch Mutationen könnten mögliche Erklärungen sein. Allerdings ist es nicht mehr möglich den Ursprung der deutschen Populationen zu bestimmen. In den Jahren nach der Invasion Deutschlands breitete sich Ae. japonicus im südöstlichen Europa aus. Seit 2013 ist diese Art in Kroatien, seit 2017 in Bosnien und Herzegowina und seit 2018 in Serbien angesiedelt. In der vorliegenden Studie wurden juvenile Stadien an 19 Stellen in Kroatien, an zwei in Bosnien und Herzegowina und an einer in Serbien nachgewiesen. Die populationsgenetischen Untersuchungen weisen auf mindestens zwei unabhängige Einschleppungen in dieses Gebiet hin. Individuen, die westlich des Standortes Orahovica (Kroatien) gesammelt wurden, weisen genetisch eine höhere Ähnlichkeit mit vormals untersuchten Individuen aus Südostdeutschland/Österreich und Österreich/Slowenien auf. Dagegen sind westlich von Orahovica (Kroatien) gesammelte Proben, zusammen mit denen aus Serbien und Bosnien und Herzegowina, genetisch unterschiedlich und ihr Ursprung konnte nicht ermittelt werden. Erstmals wurden 2021 Individuen von Ae. japonicus an zwei Sammelstellen in der Tschechischen Republik nachgewiesen: Prachatice nahe der tschechisch-deutschen Grenze und Mikulov an der tschechisch-österreichischen Grenze. Die populationsgenetischen Untersuchungen und der Vergleich der genetischen Daten weisen auf eine enge Verwandtschaft der Individuen aus Prachatice zu einer deutschen Population hin, während für Ae. japonicus aus Mikulov keine engen Verwandten ermittelt werden konnten. Zukünftig werden die globale Verbreitung und Ansiedlung von invasiven Stechmücken durch internationalen Handel und Reisen zunehmen. Potentielle Vektoren, wie die Asiastische Buschmücke Ae. japonicus, können ein Problem in Europa und Deutschland werden, insbesondere im Zuge des Klimawandels, welcher die Transmission von Pathogenen begünstigt. Die Überwachung der bekannten Populationen sowie die Identifizierung von Eintritts- und Migrationsrouten sind essentiell für das Vektor Management.