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Quel est le coefficient de consanguinité pour la progéniture femelle d'un accouplement entre frères et sœurs dans un système haplodiploïde ?

Quel est le coefficient de consanguinité pour la progéniture femelle d'un accouplement entre frères et sœurs dans un système haplodiploïde ?


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Le coefficient de consanguinité d'un accouplement entre frères et sœurs pour un organisme diploïde est de 0,25 (chaque allèle a 25% d'identité par descendance dans la progéniture).

Dans les organismes haplodiploïdes, les mâles sont issus d'œufs non fécondés, ils n'ont donc pas de père (ils obtiennent la moitié du génome diploïde de la mère, et c'est tout). Les femelles ont à la fois une maman et un papa, et sont diploïdes de manière standard (les papas donnent à leurs filles tout leur génome).

Quel est le coefficient de consanguinité pour la fille d'un accouplement de frères et sœurs ?


Extrait du même article sur wikipédia :

La consanguinité est calculée en pourcentage de chances que deux allèles soient identiques par filiation.

Maintenant, dessinons un arbre généalogique pour de telles chances d'accouplement et de signe pour avoir chaque allèle :

Vous pouvez voir que le "frère" a 50% de chance de recevoir l'allèle A et la "soeur" a 50% de chance de recevoir A de sa mère, mais le "frère" n'aura pas l'allèle C que la soeur certainement a. Leur fille aura l'allèle de son père et l'un des allèles de sa mère. Par conséquent, ses chances d'avoir une allèle C sont 50%, et pour une Un ou une Allèle B tous les 75 % (rappelez-vous qu'elle a besoin de deux copies, nous devons donc nous retrouver avec 200 % ; de plus, elle peut avoir deux allèles A mais pas plus d'un allèle C). Les chances qu'elle ait deux allèles A ou B sont de 56,25% $$0.75 * 0.75 = 0.5625$$

Maintenant, nous avons le pourcentage de chances que deux allèles soient identiques par descendance, son coefficient de consanguinité est de 56,25%.

Le fils n'aura qu'un seul allèle, 50% pour C, 25% pour A et 25% pour B. Parce qu'il n'a pas deux allèles, par définition il n'y a pas de consanguinité possible.


http://en.wikipedia.org/wiki/Inbreeding

Je pense que la réponse n'est pas définie car il existe probablement une hypothèse explicite ou implicite selon laquelle les deux parents ont la même ploïdie (frère (haploïde) et sœur (diploïde) dans votre question) à la fois dans le chemin et les méthodes tabulaires utilisées pour calculer coefficient de consanguinité.


Je pense que la réponse est 0,25.

Voici comment j'y suis arrivé :

La seule façon pour une fille d'un accouplement de frères et sœurs d'avoir un génotype IBD (identique par décent) est d'être homozygote pour l'un des deux allèles appartenant à sa grand-mère (sa mère et la mère de son père).

Il n'y a aucun moyen pour elle d'être MII pour l'allèle que possède son grand-père, car cet allèle ne peut jamais se retrouver chez son père (qui n'obtient qu'un allèle de sa mère, car il est haploïde).

Traçons le chemin d'un allèle de la grand-mère à la petite-fille focale : Cet allèle a 50% de chance d'être transmis de la grand-mère à la mère, et encore 50% de chance d'être transmis de la mère à la focale. Il a 50% de transmission de la grand-mère au père, mais ensuite 100% de transmission du père au foyer (c'est le seul allèle que le père doit donner). Donc, la probabilité que TOUTES ces choses se produisent est de 50 % x 50 %50%%100 ou (1/2)^3 = 1/8 = 0,125 ou 12,5%.

Puisque cela peut arriver pour SOIT l'allèle de la grand-mère, cela doit être multiplié par 2, ce qui donne notre coefficient de consanguinité final de F=0,25 ou 25 %.


Consanguinité et consanguinité

Katherine Ralls , . Jonathan D. Ballou , dans Encyclopédie de la biodiversité (deuxième édition) , 2013

Susceptibilité à la dépression de consanguinité

La dépression de consanguinité a un élément de chance (stochastique) important en raison de l'échantillonnage aléatoire des allèles pendant la reproduction. Les individus ayant le même coefficient de consanguinité, c'est-à-dire la même probabilité de porter des allèles identiques par descendance, différeront dans les niveaux réels d'homozygotie pour un trait donné et, par conséquent, varieront dans le degré auquel ils éprouvent une dépression de consanguinité. Les familles et les populations au sein d'une espèce portent différents types et nombres de mutations délétères et diffèrent dans leur susceptibilité à la dépression de consanguinité. Les différences dans l'étendue de la dépression de consanguinité entre les lignées au sein des espèces sont courantes, y compris les souris, les bovins laitiers, les mouches des fruits et les coléoptères de la farine et sont à prévoir chez toutes les espèces de croisement. Ces différences contribuent au succès occasionnel de l'établissement de lignées consanguines ou de populations sauvages à partir de la descendance d'un petit nombre d'individus fondateurs, même chez les espèces qui présentent généralement des niveaux élevés de dépression de consanguinité. Des différences entre les populations au sein des espèces ont également été signalées. Aucune différence de sensibilité à la dépression de consanguinité entre les principaux groupes taxonomiques n'est connue, mais les données pertinentes sont limitées.

Les espèces qui se reproduisent naturellement (p. Des taux de consanguinité lents sur de longues périodes de temps ont le potentiel de sélectionner et d'éliminer les allèles délétères (c'est-à-dire purger, voir ci-dessous) dans ces populations de consanguinité, réduisant ainsi leur dépression de consanguinité. Bien que ces types d'espèces présentent souvent moins de dépression de consanguinité, ils présentent toujours des niveaux détectables de dépression de consanguinité lorsqu'ils sont davantage consanguins.

Figure 3 . Relation entre la dépression de consanguinité et le taux d'autofécondation chez plusieurs espèces d'angiospermes herbacées. Les espèces sont G, Gila achilleifolia Ch, Chamaecrista fasciculata S, Sabatia angularis Cu, Cucurbita foetidissima C, Clarkia tembloriensis et E, Eichhornia paniculata. Pour Clarkia et Eichhornie, les données de trois populations sont représentées graphiquement. La dépression de consanguinité pour ces espèces a été mesurée dans la serre et la serre, respectivement toutes les autres ont été mesurées sur le terrain. Reproduit avec la permission de la figure 1.7 originale dans Falk DA et Holsinger KE (1991) Génétique et conservation des plantes rares, 23 pages. New York : Oxford University Press, Inc.

Les efforts visant à prédire la sensibilité de populations ou d'espèces spécifiques à la dépression de consanguinité n'ont pas été couronnés de succès en raison de la nature extrêmement stochastique de la dépression de consanguinité.


Contenu

La progéniture de personnes biologiquement apparentées est sujette aux effets possibles de la consanguinité, tels que des malformations congénitales congénitales. Les risques de tels troubles sont accrus lorsque les parents biologiques sont plus étroitement liés. En effet, de tels appariements ont une probabilité de 25% de produire des zygotes homozygotes, résultant en une descendance avec deux allèles récessifs, ce qui peut produire des troubles lorsque ces allèles sont délétères. [14] Étant donné que la plupart des allèles récessifs sont rares dans les populations, il est peu probable que deux partenaires de mariage non apparentés soient tous deux porteurs du même allèle délétère, car les proches parents partagent une grande partie de leurs allèles, la probabilité qu'un tel allèle délétère soit hérité de l'ancêtre commun par les deux parents est augmenté de façon spectaculaire. Pour chaque individu récessif homozygote formé, il y a une chance égale de produire un individu dominant homozygote - un individu complètement dépourvu de l'allèle nocif. Contrairement aux idées reçues, la consanguinité ne modifie pas en soi les fréquences alléliques, mais augmente plutôt la proportion relative des homozygotes aux hétérozygotes cependant, car la proportion accrue d'homozygotes délétères expose l'allèle à la sélection naturelle, à long terme sa fréquence diminue plus rapidement dans populations consanguines. À court terme, on s'attend à ce que la reproduction incestueuse augmente le nombre d'avortements spontanés de zygotes, de décès périnatals et de progéniture postnatale présentant des malformations congénitales. [15] Les avantages de la consanguinité peuvent être le résultat d'une tendance à préserver les structures des allèles interagissant à différents loci qui ont été adaptés ensemble par une histoire sélective commune. [16]

Des malformations ou des traits nocifs peuvent rester au sein d'une population en raison d'un taux d'homozygotie élevé, ce qui entraînera la fixation d'une population pour certains traits, comme avoir trop d'os dans une zone, comme la colonne vertébrale des loups sur l'île Royale ou avoir un crâne anomalies, comme chez les éléphants de mer du Nord, où la longueur de leurs os crâniens dans la rangée de dents inférieures de la mandibule a changé. Avoir un taux d'homozygotie élevé est problématique pour une population car il démasquera les allèles délétères récessifs générés par les mutations, réduira l'avantage des hétérozygotes, et il est préjudiciable à la survie des petites populations animales menacées. [17] Lorsque des allèles récessifs délétères sont démasqués en raison de l'homozygotie accrue générée par la consanguinité, cela peut provoquer une dépression de consanguinité. [18]

Il peut également y avoir d'autres effets délétères en plus de ceux causés par les maladies récessives. Ainsi, des systèmes immunitaires similaires peuvent être plus vulnérables aux maladies infectieuses (voir Complexe majeur d'histocompatibilité et sélection sexuelle). [19]

Les antécédents de consanguinité de la population doivent également être pris en compte lors de l'examen de la variation de la gravité de la dépression de consanguinité entre et au sein des espèces. Avec la consanguinité persistante, il existe des preuves qui montrent que la dépression de consanguinité devient moins sévère. Ceci est associé au démasquage et à l'élimination des allèles récessifs sévèrement délétères. Cependant, la dépression de consanguinité n'est pas un phénomène temporaire car cette élimination des allèles récessifs délétères ne sera jamais complète. L'élimination des mutations légèrement délétères par la consanguinité sous sélection modérée n'est pas aussi efficace. La fixation des allèles se produit très probablement par le cliquet de Muller, lorsque le génome d'une population asexuée accumule des mutations délétères irréversibles. [20]

Malgré tous ses inconvénients, la consanguinité peut également présenter divers avantages, tels que la réduction de la charge de recombinaison [21] et l'expression de phénotypes récessifs avantageux. Il a été proposé que dans des circonstances où les avantages de la consanguinité l'emportent sur les inconvénients, la reproduction préférentielle au sein de petits groupes pourrait être encouragée, conduisant potentiellement à la spéciation. [22]

Les troubles autosomiques récessifs surviennent chez les individus qui ont deux copies d'un allèle pour une mutation génétique récessive particulière. [23] Sauf dans certaines circonstances rares, telles que de nouvelles mutations ou une disomie uniparentale, les deux parents d'un individu atteint d'un tel trouble seront porteurs du gène. Ces porteurs ne présentent aucun signe de la mutation et peuvent ignorer qu'ils portent le gène muté. Étant donné que les parents partagent une proportion plus élevée de leurs gènes que les personnes non apparentées, il est plus probable que les parents apparentés soient tous deux porteurs du même allèle récessif, et donc leurs enfants courent un risque plus élevé d'hériter d'une maladie génétique autosomique récessive. La mesure dans laquelle le risque augmente dépend du degré de relation génétique entre les parents, le risque est plus élevé lorsque les parents sont des parents proches et plus faible pour les relations entre parents plus éloignés, tels que les cousins ​​germains, bien qu'encore plus élevé que pour la population générale. [24]

Les enfants d'unions parent-enfant ou frères et sœurs courent un risque accru par rapport aux unions entre cousins ​​et cousins. [25] : 3 La consanguinité peut entraîner une expression phénotypique plus importante que prévu d'allèles récessifs délétères au sein d'une population. [26] En conséquence, les individus consanguins de première génération sont plus susceptibles de présenter des défauts physiques et de santé, [27] [28] y compris :

  • Fertilité réduite à la fois dans la taille de la portée et la viabilité des spermatozoïdes
  • Augmentation des troubles génétiques
  • Asymétrie faciale fluctuante
  • Taux de natalité inférieur
  • Mortalité infantile et mortalité infantile plus élevées[29]
  • Taille adulte plus petite
  • Perte de la fonction du système immunitaire
  • Risques cardiovasculaires accrus[30]

L'isolement d'une petite population pendant une période de temps peut entraîner une consanguinité au sein de cette population, ce qui entraîne une augmentation de la parenté génétique entre les individus reproducteurs. La dépression de consanguinité peut également se produire dans une grande population si les individus ont tendance à s'accoupler avec leurs proches, au lieu de s'accoupler au hasard.

De nombreux individus de la première génération de consanguinité ne vivront jamais pour se reproduire. [31] Au fil du temps, avec l'isolement, tel qu'un goulot d'étranglement de la population causé par un élevage intentionnel (assorti) ou des facteurs environnementaux naturels, les traits hérités délétères sont éliminés. [6] [7] [32]

Les espèces insulaires sont souvent très consanguines, car leur isolement du groupe plus large sur un continent permet à la sélection naturelle d'agir sur leur population. Ce type d'isolement peut entraîner la formation d'une race ou même une spéciation, car la consanguinité supprime d'abord de nombreux gènes délétères, et permet l'expression de gènes qui permettent à une population de s'adapter à un écosystème. Au fur et à mesure que l'adaptation devient plus prononcée, la nouvelle espèce ou race rayonne dès son entrée dans le nouvel espace, ou s'éteint si elle ne peut pas s'adapter et, surtout, se reproduire. [33]

La diversité génétique réduite, par exemple en raison d'un goulot d'étranglement, augmentera inévitablement la consanguinité pour l'ensemble de la population. Cela peut signifier qu'une espèce peut ne pas être en mesure de s'adapter aux changements des conditions environnementales. Chaque individu aura un système immunitaire similaire, car les systèmes immunitaires sont basés sur la génétique. Lorsqu'une espèce devient menacée, la population peut tomber en dessous d'un minimum, de sorte que le métissage forcé entre les animaux restants entraînera l'extinction.

Les élevages naturels incluent la consanguinité par nécessité, et la plupart des animaux ne migrent que lorsque cela est nécessaire. Dans de nombreux cas, le partenaire disponible le plus proche est une mère, une sœur, une grand-mère, un père, un frère ou un grand-père. Dans tous les cas, l'environnement présente des contraintes pour éliminer de la population les individus qui ne peuvent survivre à cause de la maladie. [ citation requise ]

Il y avait une hypothèse [ Par qui? ] que les populations sauvages ne se reproduisent pas, ce n'est pas ce qui est observé dans certains cas dans la nature. Cependant, chez des espèces telles que les chevaux, les animaux dans des conditions sauvages ou sauvages chassent souvent les jeunes des deux sexes, ce qui est considéré comme un mécanisme par lequel l'espèce évite instinctivement certaines des conséquences génétiques de la consanguinité. [34] En général, de nombreuses espèces de mammifères, y compris les plus proches parents primates de l'humanité, évitent la consanguinité étroite, probablement en raison des effets délétères. [25] : 6

Exemples Modifier

Bien qu'il existe plusieurs exemples de populations consanguines d'animaux sauvages, les conséquences négatives de cette consanguinité sont mal documentées. [ citation requise ] Chez l'otarie d'Amérique du Sud, on craignait que les récents effondrements de population réduiraient la diversité génétique. L'analyse historique a indiqué qu'une expansion de la population à partir de seulement deux lignées matrilinéaires était responsable de la plupart des individus au sein de la population. Même ainsi, la diversité au sein des lignées a permis une grande variation dans le pool génétique qui peut aider à protéger l'otarie d'Amérique du Sud de l'extinction. [35]

Chez les lions, les fiertés sont souvent suivies par des mâles apparentés dans les groupes de célibataires. Lorsque le mâle dominant est tué ou chassé par l'un de ces célibataires, un père peut être remplacé par son fils. Il n'y a pas de mécanisme pour empêcher la consanguinité ou pour assurer l'allogamie. Dans les fiertés, la plupart des lionnes sont apparentées les unes aux autres. S'il y a plus d'un mâle dominant, le groupe des mâles alpha est généralement apparenté. Deux lignées sont alors en cours de "lignage". De plus, dans certaines populations, telles que les lions du cratère, on sait qu'un goulot d'étranglement s'est produit. Les chercheurs ont trouvé une hétérozygotie génétique bien plus grande que prévu. [36] En fait, les prédateurs sont connus pour leur faible variance génétique, ainsi que la majeure partie de la partie supérieure des niveaux trophiques d'un écosystème. [37] De plus, les mâles dominants de deux fiertés voisines peuvent provenir de la même portée, un frère peut en venir à acquérir le leadership sur la fierté d'un autre et par la suite s'accoupler avec ses « nièces » ou ses cousins. Cependant, tuer les petits d'un autre mâle, lors de la prise de contrôle, permet au nouveau complément génétique sélectionné du mâle alpha entrant de prévaloir sur le mâle précédent. Des tests génétiques sont prévus pour les lions afin de déterminer leur diversité génétique. Les études préliminaires montrent des résultats incompatibles avec le paradigme d'allogamie basé sur les environnements individuels des groupes étudiés. [36]

En Californie centrale, on pensait que les loutres de mer avaient disparu en raison de la chasse excessive, jusqu'à ce qu'une petite colonie soit découverte dans la région de Point Sur dans les années 1930. [38] Depuis lors, la population a augmenté et s'est étendue le long de la côte californienne centrale à environ 2 000 individus, un niveau qui est resté stable pendant plus d'une décennie. La croissance de la population est limitée par le fait que toutes les loutres de mer de Californie descendent de la colonie isolée, ce qui entraîne la consanguinité. [39]

Les guépards sont un autre exemple de consanguinité. Il y a des milliers d'années, le guépard a connu un goulot d'étranglement démographique qui a considérablement réduit sa population, de sorte que les animaux vivants aujourd'hui sont tous liés les uns aux autres. Une conséquence de la consanguinité pour cette espèce a été une mortalité juvénile élevée, une faible fécondité et un faible succès de reproduction. [40]

Dans une étude sur une population insulaire de bruants chanteurs, les individus consanguins ont montré des taux de survie significativement inférieurs à ceux des individus non consanguins lors d'un grave accident de population lié aux conditions météorologiques hivernales. Ces études montrent que la dépression de consanguinité et les facteurs écologiques ont une influence sur la survie. [20]

Une mesure de la consanguinité d'un individu A est la probabilité F(A) que les deux allèles d'un même locus dérivent du même allèle d'un ancêtre. Ces deux allèles identiques qui sont tous deux dérivés d'un ancêtre commun sont dits identiques par descendance. Cette probabilité F(A) est appelée "coefficient de consanguinité". [41]

Une autre mesure utile qui décrit dans quelle mesure deux individus sont liés (disons les individus A et B) est leur coefficient de coascendance f(A,B), qui donne la probabilité qu'un allèle sélectionné au hasard de A et un autre allèle sélectionné au hasard de B soient identique par descendance. [42] Ceci est également désigné comme le coefficient de parenté entre A et B. [43]

Un cas particulier est l'auto-ascendance de l'individu A avec lui-même, f(A,A), qui est la probabilité que prenant un allèle aléatoire de A puis, indépendamment et avec remplacement, un autre allèle aléatoire également de A, les deux sont identiques par descendance.Puisqu'ils peuvent être identiques par descendance en échantillonnant le même allèle ou en échantillonnant les deux allèles qui se trouvent être identiques par descendance, on a f(A,A) = 1/2 + F(A)/2. [44]

Les coefficients de consanguinité et de co-ascendance peuvent être définis pour des individus spécifiques ou en tant que valeurs moyennes de la population. Ils peuvent être calculés à partir de généalogies ou estimés à partir de la taille de la population et de ses propriétés de reproduction, mais toutes les méthodes ne supposent aucune sélection et sont limitées aux allèles neutres.

Il existe plusieurs méthodes pour calculer ce pourcentage. Les deux méthodes principales sont la méthode des chemins [45] [41] et la méthode tabulaire. [46] [47]

Les ascendances typiques entre parents sont les suivantes :

  • Père/fille ou mère/fils → 25 % ( 1 ⁄ 4 )
  • Frère/soeur → 25% (
  • 1 ⁄ 4 )
  • Grand-père/petite-fille ou grand-mère/petit-fils → 12,5 % (
  • 1 ⁄ 8 )
  • Demi-frère/demi-soeur, Cousins ​​doubles → 12,5 % (
  • 1 ⁄ 8 )
  • Oncle/nièce ou tante/neveu → 12,5 % (
  • 1 ⁄ 8 )
  • Arrière-grand-père/arrière-petite-fille ou arrière-grand-mère/arrière-petit-fils → 6,25 % (
  • 1 ⁄ 16 )
  • Demi-oncle/nièce ou demi-tante/neveu → 6,25 % (
  • 1 ⁄ 16 )
  • Cousins ​​germains → 6,25 % (
  • 1 ⁄ 16 )

Animaux sauvages Modifier

    les femelles s'accouplent régulièrement avec leurs pères et leurs frères. [48] ​​: L'Université d'État de Caroline du Nord a découvert que les punaises de lit, contrairement à la plupart des autres insectes, tolèrent l'inceste et sont capables de résister génétiquement assez bien aux effets de la consanguinité. [49] les femelles préfèrent s'accoupler avec leurs propres frères plutôt que des mâles non apparentés. [1] : « Il s'avère que les femelles de ces insectes hermaphrodites ne fertilisent pas vraiment leurs œufs elles-mêmes, mais le font plutôt par un tissu parasitaire qui les infecte à la naissance », explique Laura Ross du département de zoologie de l'Université d'Oxford. "Il semble que ce tissu infectieux provienne des restes de sperme de leur père, qui a trouvé un moyen sournois d'avoir plus d'enfants en s'accouplant avec ses filles." [50]
  • Adactylidium: L'acarien mâle de la progéniture s'accouple avec toutes les filles lorsqu'elles sont encore dans la mère. Les femelles, maintenant fécondées, ont découpé des trous dans le corps de leur mère afin qu'elles puissent émerger pour trouver de nouveaux œufs de thrips. Le mâle émerge également, mais ne cherche pas de nourriture ou de nouveaux partenaires, et meurt après quelques heures. Les femelles meurent à l'âge de 4 jours, lorsque leur propre progéniture les mange vivantes de l'intérieur. [51]

Animaux semi-domestiques Modifier

Animaux domestiques Modifier

L'élevage des animaux domestiques est avant tout un élevage associatif (voir élevage sélectif). Sans le tri des individus par caractère, aucune race ne pourrait être établie, ni un matériel génétique pauvre être supprimé. L'homozygotie est le cas où des allèles similaires ou identiques se combinent pour exprimer un trait qui n'est pas exprimé autrement (récessivité). La consanguinité expose les allèles récessifs en augmentant l'homozygotie. [55]

Les sélectionneurs doivent éviter de reproduire des individus qui présentent soit une homozygotie, soit une hétérozygotie pour les allèles pathogènes. [56] L'objectif d'empêcher le transfert d'allèles délétères peut être atteint par l'isolement reproductif, la stérilisation ou, dans le cas extrême, l'abattage. L'abattage n'est pas strictement nécessaire si la génétique est le seul problème en cause. Les petits animaux tels que les chats et les chiens peuvent être stérilisés, mais dans le cas des gros animaux d'élevage, tels que les bovins, l'abattage est généralement la seule option économique.

La question des éleveurs occasionnels qui se reproduisent de manière irresponsable est abordée dans la citation suivante sur les bovins :

Pendant ce temps, la production de lait par vache par lactation est passée de 17 444 lb à 25 013 lb de 1978 à 1998 pour la race Holstein. Les valeurs d'élevage moyennes pour le lait des vaches Holstein ont augmenté de 4 829 lb au cours de cette période. [57] Les vaches à haut rendement sont de plus en plus difficiles à élever et sont sujettes à des coûts de santé plus élevés que les vaches de moindre valeur génétique pour la production (Cassell, 2001).

La sélection intensive pour un rendement plus élevé a accru les relations entre les animaux au sein de la race et augmenté le taux de consanguinité occasionnelle.

Bon nombre des traits qui affectent la rentabilité des croisements de races laitières modernes n'ont pas été étudiés dans des expériences conçues. En effet, toutes les recherches sur les croisements impliquant des races et des souches nord-américaines sont très datées (McAllister, 2001) voire pas du tout. [58]

La BBC a produit deux documentaires sur la consanguinité canine intitulés Chiens de race exposés et Chiens de race exposés : trois ans plus tard qui documentent les conséquences négatives sur la santé d'une consanguinité excessive.

Lignée Modifier

Le linebreeding est une forme de consanguinité. Il n'y a pas de distinction claire entre les deux termes, mais la lignée peut englober des croisements entre des individus et leurs descendants ou deux cousins. [54] [59] Cette méthode peut être utilisée pour augmenter la contribution d'un animal particulier à la population. [54] Bien que la consanguinité soit moins susceptible de causer des problèmes à la première génération que la consanguinité, au fil du temps, la consanguinité peut réduire la diversité génétique d'une population et causer des problèmes liés à un pool génétique trop petit qui peut inclure une prévalence accrue de gènes génétiques. troubles et dépression de consanguinité. [ citation requise ]

Allo croisement Modifier

L'allogamie est l'endroit où deux individus non apparentés sont croisés pour produire une descendance. Dans le croisement, à moins qu'il n'y ait des informations génétiques vérifiables, on peut constater que tous les individus sont lointainement apparentés à un ancêtre ancien. Si le trait est présent dans toute une population, tous les individus peuvent avoir ce trait. C'est ce qu'on appelle l'effet fondateur. Dans les races bien établies, qui sont couramment élevées, un grand pool génétique est présent. Par exemple, en 2004, plus de 18 000 chats persans ont été enregistrés. [60] Une possibilité existe pour un croisement complet, si aucune barrière n'existe entre les individus à reproduire. Cependant, ce n'est pas toujours le cas, et une forme de lignée à distance se produit. Encore une fois, c'est à l'éleveur associatif de savoir quelles sortes de traits, à la fois positifs et négatifs, existent au sein de la diversité d'un élevage. Cette diversité d'expression génétique, même au sein de parents proches, augmente la variabilité et la diversité du stock viable.

Animaux de laboratoire Modifier

La consanguinité systématique et le maintien de souches consanguines de souris et de rats de laboratoire sont d'une grande importance pour la recherche biomédicale. La consanguinité garantit un modèle animal cohérent et uniforme à des fins expérimentales et permet des études génétiques sur des animaux congéniques et knock-out. Afin d'obtenir une souche de souris considérée comme consanguine, un minimum de 20 générations séquentielles d'accouplements entre frères et sœurs doit avoir lieu. Avec chaque génération successive de reproduction, l'homozygotie dans l'ensemble du génome augmente, éliminant les loci hétérozygotes. Avec 20 générations d'accouplements de frères et sœurs, l'homozygotie se produit à environ 98,7% de tous les loci du génome, permettant à ces descendants de servir de modèles animaux pour les études génétiques. [61] L'utilisation de souches consanguines est également importante pour les études génétiques dans des modèles animaux, par exemple pour distinguer les effets génétiques des effets environnementaux. Les souris consanguines présentent généralement des taux de survie considérablement plus faibles.

Effets Modifier

La consanguinité augmente l'homozygotie, ce qui peut augmenter les chances d'expression d'allèles récessifs délétères et a donc le potentiel de diminuer la fitness de la progéniture. Avec la consanguinité continue, la variation génétique est perdue et l'homozygotie est augmentée, permettant l'expression d'allèles délétères récessifs chez les homozygotes. Le coefficient de consanguinité, ou le degré de consanguinité chez un individu, est une estimation du pourcentage d'allèles homozygotes dans le génome global. [63] Plus les parents sont liés biologiquement, plus le coefficient de consanguinité est grand, puisque leurs génomes ont déjà de nombreuses similitudes. Cette homozygotie globale devient un problème lorsqu'il existe des allèles récessifs délétères dans le pool génétique de la famille. [64] En appariant des chromosomes de génomes similaires, la chance pour ces allèles récessifs de s'apparier et de devenir homozygotes augmente considérablement, conduisant à une progéniture avec des troubles autosomiques récessifs. [64]

La consanguinité est particulièrement problématique dans les petites populations où la variation génétique est déjà limitée. [65] Par consanguinité, les individus diminuent encore la variation génétique en augmentant l'homozygotie dans les génomes de leur progéniture. [66] Ainsi, la probabilité d'appariement d'allèles récessifs délétères est significativement plus élevée dans une petite population de consanguinité que dans une population de consanguinité plus importante. [65]

Les conséquences sur la fitness de l'accouplement consanguin ont été étudiées depuis leur reconnaissance scientifique par Charles Darwin en 1839. [67] [68] Certains des effets les plus nocifs connus d'un tel élevage incluent ses effets sur le taux de mortalité ainsi que sur la santé générale la progéniture. [69] Depuis les années 1960, de nombreuses études ont soutenu ces effets débilitants sur l'organisme humain. [66] [67] [69] [70] [71] Plus précisément, la consanguinité s'est avérée diminuer la fertilité en conséquence directe de l'augmentation de l'homozygotie des allèles récessifs délétères. [71] [72] Les fœtus produits par la consanguinité font également face à un plus grand risque d'avortements spontanés en raison de complications inhérentes au développement. [73] Parmi les mères qui subissent des mortinaissances et des décès prématurés de nourrissons, celles qui sont consanguines ont une chance significativement plus élevée d'atteindre des résultats répétés avec la future progéniture. [74] De plus, les parents consanguins présentent un risque élevé de naissance prématurée et de production d'enfants en insuffisance pondérale et sous-dimensionnés. [75] Les descendants consanguins viables sont également susceptibles d'être atteints de malformations physiques et de maladies génétiquement héréditaires. [63] Des études ont confirmé une augmentation de plusieurs troubles génétiques dus à la consanguinité tels que la cécité, la perte auditive, le diabète néonatal, les malformations des membres, les troubles du développement sexuel, la schizophrénie et plusieurs autres. [63] [76] De plus, il existe un risque accru de cardiopathie congénitale en fonction du coefficient de consanguinité (Voir coefficient de consanguinité) de la progéniture, avec un risque significatif accompagné d'un F = 0,125 ou plus. [27]

Prévalence Modifier

La perspective négative générale et l'évitement de la consanguinité qui prévaut dans le monde occidental aujourd'hui remontent à plus de 2000 ans. Plus précisément, des documents écrits tels que la Bible illustrent qu'il y a eu des lois et des coutumes sociales qui ont appelé à l'abstention de la consanguinité. Parallèlement aux tabous culturels, l'éducation parentale et la sensibilisation aux conséquences de la consanguinité ont joué un rôle important dans la réduction des fréquences de consanguinité dans des régions comme l'Europe. Cela étant, il y a des régions moins urbanisées et moins peuplées à travers le monde qui ont montré une continuité dans la pratique de la consanguinité.

La continuité de la consanguinité est souvent soit par choix, soit inévitablement due aux limitations de la zone géographique. Lorsque par choix, le taux de consanguinité dépend fortement de la religion et de la culture. [65] Dans le monde occidental, certains groupes anabaptistes sont fortement consanguins car ils proviennent de petites populations fondatrices et jusqu'à [65] éclaircissements nécessaires ] aujourd'hui [ lorsque? ] le mariage en dehors des groupes n'est pas autorisé pour les membres. [ citation requise ] Surtout les mennonites de l'Ancien Ordre de Reidenbach [77] et les huttérites proviennent de très petites populations fondatrices. Il en va de même pour certains groupes juifs hassidiques et haredi.

Parmi les régions de pratique, les territoires du Moyen-Orient et d'Afrique du Nord présentent les plus grandes fréquences de consanguinité. [65] Le lien entre la fréquence élevée et la région est principalement dû à la prédominance des populations islamiques, qui se sont historiquement engagées dans des relations familiales. [68] Cependant, la culture de consanguinité au Moyen-Orient n'a pas commencé avec l'Islam, ayant des racines dans l'Égypte ancienne et la Mésopotamie.

Parmi ces populations avec des niveaux élevés de consanguinité, les chercheurs ont trouvé plusieurs troubles répandus chez les descendants consanguins. Au Liban, en Arabie saoudite, en Égypte et en Israël, les descendants de relations consanguines présentent un risque accru de malformations congénitales, de malformations cardiaques congénitales, d'hydrocéphalie congénitale et de malformations du tube neural. [65] En outre, parmi les enfants consanguins en Palestine et au Liban, il existe une association positive entre la consanguinité et les cas de fente labiale/palatine signalés. [65] Historiquement, les populations du Qatar se sont engagées dans des relations consanguines de toutes sortes, entraînant un risque élevé d'hériter de maladies génétiques. En 2014, environ 5% de la population qatarie souffrait d'une perte auditive héréditaire, la plupart étaient des descendants d'une relation consanguine. [78]


Matériel et méthodes

Les souches et la culture

Deux souches de T. urticae ont été utilisés : acariens collectés dans la baie Rose (Laurier rose) à Athènes, en Grèce (plus loin marqué G), et les acariens collectés à partir de Sambucus sp aux Pays-Bas (appelé plus loin U). Au moment des expérimentations, les premiers avaient été élevés pendant 2 ans sur des feuilles détachées de haricot rouge Phaseolus vulgaris (var. Contender) dans des récipients fermés et aérés dans une chambre climatisée à 21°C, 16:8 L:D et 60-70% d'humidité relative. La taille de la population a été maintenue à environ 50 à >500 adultes. Cette dernière souche avait été élevée en masse sur haricot rouge en serre pendant plus de 10 ans à Montpellier, sur une population de plusieurs centaines à plusieurs milliers. Les deux souches ont été partiellement isolées sur le plan de la reproduction, avec une dysgénésie hybride entraînant env. Diminution de 80 % de la fécondité et mortalité de plus de 90 % de la progéniture chez les femelles F1 (Perrot-Minnot et Migeon, données non publiées). La viabilité et la fécondité des hybrides ont augmenté au cours de quatre générations de rétrocroisements jusqu'à des niveaux comparables à la souche paternelle respective, à l'exception d'une plus faible proportion de femelles dans la descendance de femelles G introgressées avec le génome nucléaire U. Ainsi, la décomposition hybride était principalement causée par des interactions nucléaires-nucléaires négatives trouvées dans les deux croisements hybrides réciproques (Perrot-Minnot et Migeon, non publié). Les allèles dominants interagissant négativement avec les gènes cytoplasmiques (le cas échéant) auraient été purgés au cours du processus d'introgression (tableau 1, (1)). La possibilité que des interactions nucléaires-cytoplasmiques récessives négatives contribuent à la dégradation hybride (tableau 1, (3)) a été étudiée dans la présente étude en effectuant la consanguinité dans les lignées introgressées. La terminologie utilisée pour les lignées introgressées indique le cytotype entre parenthèses : les lignées avec le génome nucléaire U et le cytotype G sont désignées par U[G], U et G étant les deux souches parentales de laboratoire.

Lignes d'introgression

Des femelles F2 viables et fertiles produites par des grands-mères G ont été utilisées pour initier des lignées isofemales rétrocroisées avec des mâles de la souche paternelle U. À chaque génération, deux à 10 femelles vierges par famille ont été accouplées à des mâles vierges U (issus de l'élevage) puis isolées. De la sixième à la 10e génération, une femelle a été conservée par lignée et environ 70 lignées ont été maintenues, issues de cinq femelles G originales accouplées à des mâles U. En théorie, chaque génération de rétrocroisement a remplacé la moitié du génome maternel résiduel G par le génome paternel U dans la descendance femelle, alors que le génome cytoplasmique hérité de la mère ne s'est pas mélangé. Ainsi, 97% du génome maternel d'origine G auraient été remplacés par le génome paternel après cinq générations d'introgression et 99,9% après 10 générations, en supposant une ségrégation et un héritage mendéliens. La reproduction des femelles au cours de la première semaine de ponte a été surveillée à chaque génération de la sixième à la 15e génération d'introgression, et toutes les cinq générations par la suite. Au total, 45 lignées isofémales ont été prélevées au hasard à la 15e génération et maintenues par la suite, parmi lesquelles 33 lignées ont atteint la 34e génération. Les paramètres de reproduction des femelles étaient très stables à partir de la 10e génération d'introgression (données non présentées). Cela suggère que la sélection sur la viabilité et la fertilité résultant de l'entretien de la ligne pourrait être négligée, une fois que les incompatibilités nucléaire-nucléaire impliquées dans la rupture hybride ont été supprimées par introgression.

Procédures de franchissement

Pour les croisements expérimentaux et le maintien de la lignée isofemelle, les mâles et les femelles étaient vierges lors de l'accouplement. Des téliochrysalides femelles, le dernier stade de développement avant l'émergence des adultes, ont été isolées individuellement de l'arène d'élevage de la génération précédente sur un disque de 2 cm de diamètre de feuilles de haricot fraîches placé sur une couche de coton imbibée d'eau. A l'émergence, chaque femelle a reçu deux mâles vierges produits en masse par des femelles vierges isolées sous forme de téliochrysalides à partir d'un stock U. Les mâles ont été rejetés 2 jours plus tard et les femelles accouplées ont pu pondre pendant 6 jours. Pour mesurer la production de progéniture à vie des femelles, les femelles ont été transférées dans une nouvelle arène d'élevage chaque semaine. Les œufs ont été notés et l'émergence des adultes a été vérifiée régulièrement. La progéniture a été sexée lors de la différenciation sexuelle (stade deutonymphe) et retirée pour minimiser la surexploitation du disque foliaire. Nous avons estimé le taux de mortalité comme la différence entre le nombre d'œufs enregistrés et le nombre d'adultes émergés, pondéré par le nombre d'œufs enregistrés. Des observations préliminaires ont montré que la mortalité se produisait principalement au stade embryonnaire, mais le dessèchement des œufs avortés les rendait difficiles à évaluer. Étant donné que nos conditions d'élevage empêchaient les échappées de l'éclosion des larves à l'émergence des adultes, l'enregistrement des œufs et des adultes a fourni une estimation fiable de la mortalité. Le sex-ratio a été calculé comme la proportion de femelles parmi la progéniture adulte, c'est-à-dire le sex-ratio secondaire.

Effet de l'introgression sur la reproduction femelle

Étant donné que les lignées isofémales introgressées étaient dérivées de deux souches parentales avec des modèles de reproduction contrastés, nous documentons d'abord l'effet de l'introgression du génome U dans le cytoplasme G sur la reproduction à vie des femelles. Cet effet a été évalué après 34 générations de rétrocroisements répétés dans des lignées isofemelles U[G]. Comme l'attribution du sexe chez les espèces haplodiploïdes peut être affectée par la disponibilité du sperme, puisque les œufs non fécondés se transforment en mâles adultes, l'épuisement du sperme peut potentiellement être un facteur de confusion dans l'analyse de la reproduction féminine à vie. Ainsi, nous avons effectué deux types de croisements : les femelles U[G] et les femelles U témoins issues de l'élevage ont été soit accouplées une fois, soit ont eu accès à plusieurs accouplements en remplaçant leurs partenaires par deux mâles vierges chaque semaine. Ces traitements d'accouplement seront appelés femelles monogames et polyandres, respectivement. Pour éviter la pseudoréplication, une seule femelle par ligne d'introgression a été utilisée dans chaque traitement d'accouplement.

Réponse des lignées introgressées à la consanguinité

L'accouplement frère-sœur a commencé dans 30 lignées U[G] après 27 générations d'introgression, pour évaluer l'effet de la consanguinité sur la reproduction des femelles. De la première à la 10e génération d'accouplement entre frères et sœurs, la production de progéniture au cours des six premiers jours de ponte et la viabilité des œufs ont été mesurées, afin de surveiller le changement dans la reproduction des femelles avec l'augmentation du niveau de consanguinité. En parallèle, 20 lignées isofemelles consanguines ont été établies à partir de femelles U de la culture mère pour mettre en place un contrôle de la dépression consanguine dans le fond cytoplasmique d'origine. Après six et cinq générations de consanguinité dans les lignées U[G] et U, respectivement, nous avons mesuré l'intensité de la dépression de consanguinité sur la reproduction femelle à vie. Pour éviter la pseudo-réplication, une seule femelle par lignée consanguine a été utilisée.

Analyses statistiques

La production de la progéniture (nombre total d'œufs, nombre total de mâles adultes et de femelles produites) et la durée de la période de ponte ont été analysées à l'aide de statistiques paramétriques. Des ANOVAs à deux facteurs ont été réalisées pour tester les effets du traitement d'accouplement de type femelle (monogame vs polyandre), et l'interaction des deux (expérience d'introgression), et les effets du type de femelle, du statut reproducteur (consanguine vs non consanguin), et l'interaction des deux (expérience de consanguinité). Le test de Tukey-Kramer pour a postériori comparaisons multiples par paires et t-test ont été utilisés pour les comparaisons moyennes (logiciel Jump 3.2.2., SAS Institute Inc.). Le sex-ratio et le taux de mortalité ont été analysés à l'aide de tests non paramétriques (analyse de Kruskall-Wallis et a postériori test de comparaison multiple Siegel et Castellan, 1988). Une correction de Bonferroni pour les comparaisons multiples a été utilisée pour tenir compte de la non-indépendance des tests effectués pour chaque paramètre de reproduction, en utilisant un niveau de signification de ??′=??/k pour k comparaisons (Sokal et Rolf, 1995).


Résultats

Au total, 207 lignées consanguines et non consanguines ont été créées. Au cours des trois cycles d'accouplement, le nombre de lignes a diminué dans les deux traitements (Figure 2). Après trois tours d'accouplement, 72% des lignées consanguines et 64% des lignées non consanguines ont été perdues. Dans la plupart des cas, la perte de lignées était due à des femelles qui n'ont pas survécu jusqu'à l'accouplement, alors que dans certains cas, l'accouplement a échoué ou la progéniture n'a pas atteint l'âge adulte. Beaucoup plus de lignées consanguines que de lignées non consanguines ont été perdues aux deuxième et troisième tours (g-tests avec William corrigé g-valeurs pour les rondes 1, 2 et 3 : g= 1,6 et P=0.2, g=24,0 et Pπ.001, g=6.3, P=0,01, respectivement (Sokal et Rohlf, 1995, chapitre 17)). Après les trois séries d'accouplements, il y avait 23 lignées consanguines de moins que les lignées non consanguines (N=57 et 74, respectivement). Après le premier cycle d'accouplement, les lignées consanguines avaient un taux de ponte moyen significativement inférieur à celui des lignées non consanguines (χ 2 1=9.3, Pπ.01) : femelles consanguines (F=0,5) pondu en moyenne 10,24 œufs par 24 h (s.e.=0,17, m=82), les femelles non consanguines 10,98 œufs par 24 h (s.e.=0,17, m=99).

Nombre de lignées consanguines (barres grises) et non consanguines (barres blanches) au cours des cycles d'accouplement (accouplement par la mère pour les lignées consanguines et accouplement aléatoire pour les lignées non consanguines). Le numéro indiqué sur le X-axis représente les tours d'accouplement, avant d'atteindre le nombre de lignes restantes (oui-axe). Les étiquettes de données au-dessus des barres indiquent le nombre de lignes.

Dépression de consanguinité

Les traits d'histoire de vie des lignées consanguines et non consanguines (voir Figure 1, partie 1) ont été comparés pour déterminer si des effets négatifs de la consanguinité se produisaient. La survie moyenne des juvéniles et la longévité de ces descendants ne différaient pas entre les lignées consanguines et non consanguines (P=0.39 et P= 0,43, respectivement, tableau 1). Des effets négatifs de la consanguinité se sont produits en ce qui concerne le taux de ponte : les femelles consanguines (F=0,875) avaient un taux de ponte moyen de 9,7 œufs/24 h (±s.e.=0,6), alors que les femelles non consanguines pondaient en moyenne 11,3 œufs/24 h (±s.e.=0,5) ( Tableau 1 ). De plus, le taux de maturité global était significativement plus faible dans les lignées consanguines que dans les lignées non consanguines (0,67ଐ.06 et 0,82ଐ.04, respectivement, voir le tableau 1). Ce taux de maturité plus faible dans les lignées consanguines s'appliquait aux deux sexes (pour les femelles : 0,62ଐ.06 et 0,79ଐ.04, pour les lignées consanguines et non consanguines, respectivement, et pour les mâles : 0,77ଐ. 07 et 0.92ଐ.04, respectivement).

Tableau 1

TraitInnéNon consanguinX 2 1P-valeur
 Moyennes.e.mMoyennes.e.m  
Taux de maturité des femelles0.620.06450.790.045828.7π.001
Taux de maturité mâle0.770.07360.920.04545.1π.05
Taux de maturité global0.670.06460.820.045833.8π.001
Survie juvénile0.860.03460.850.03600.70.39
Longévité25.61.33727.41.2450.60.43
Taux de ponte9.70.61511.30.5174.2 un π.05

La taille de l'échantillon m fait référence au nombre de lignes indépendantes.

Purge

Pour déterminer si la purge avait eu lieu au cours de la période précédente de consanguinité (Figure 1, partie 1), l'intensité de la dépression de consanguinité a été comparée entre les populations de lignées avec et sans antécédents de consanguinité (Figure 1 partie 2). Les deux indices (AD et RP) d'intensité de la dépression de consanguinité ont montré des résultats comparables pour tous les traits d'histoire de vie (tableau 2). L'intensité de la dépression de consanguinité en ce qui concerne le taux de ponte était plus faible (c. 4 /5 plus faible) dans la population avec antécédent de consanguinité que dans celle sans antécédent de consanguinité (Pπ.05, voir le tableau 2 ). Aucune différence significative dans l'intensité de la dépression de consanguinité n'a été trouvée en ce qui concerne la survie des juvéniles, la longévité ou le taux de maturité (PϠ.1 dans tous les cas, tableau 2 ).

Tableau 2

TraitIndiceHistoire de la consanguinitéPas d'historique de consanguinitéX 2 1P-valeur
  Moyennes.e.mMoyennes.e.m  
Taux de maturité des femellesPR𢄠.0270.117340.0830.104440.50.47
 UN D𢄠.0530.067300.0230.046391.00.31
Taux de maturité mâlePR𢄠.1130.080260.0840.091352.40.12
 UN D𢄠.0790.068250.0220.078350.80.36
Taux de maturité globalPR𢄠.1630.099340.0580.091442.70.10
 UN D𢄠.0870.063320.0010.048441.40.23
Survie juvénilePR0.0720.055370.0130.040440.70.41
 UN D0.0750.052370.0140.039440.80.36
LongévitéPR𢄠.0080.05916𢄠.0280.046220.10.77
 UN D𢄠.2502.04416𢄡.0911.662220.10.74
Taux de pontePR0.0270.022290.1140.027336.00.01
 UN D0.2760.310291.4240.348335.80.02

Abréviations : AD, différence absolue RP, performance relative.

La taille de l'échantillon m fait référence au nombre de lignes indépendantes. Les valeurs moyennes des indices par ligne ont été utilisées dans les tests statistiques.

Dans la population ayant des antécédents de consanguinité, aucun des traits examinés ne différait entre les descendants consanguins et non consanguins des paires de sœurs (PϠ.1 dans tous les cas, tableau 3) : une génération de consanguinité n'a eu aucun effet négatif sur le taux de ponte, le taux de maturité, la survie des juvéniles ou la longévité. Cependant, dans la population sans antécédent de consanguinité, le taux de ponte moyen des femelles consanguines (10,52ଐ,44) était significativement inférieur à celui de leurs cousines non consanguines (11,94ଐ,44) (Pπ.001, Tableau 4 ). Ceci est une confirmation de la découverte précédente d'un taux de ponte réduit après un cycle de consanguinité dans la population de base, car dans les deux cas, les lignées n'ont pas d'antécédents de consanguinité. Aucun effet négatif de la consanguinité ne s'est produit sur la survie des juvéniles ou sur la longévité (PϠ.5, Tableau 4 ). De plus, aucun effet négatif n'a été trouvé sur le taux de maturité (P𪟠.46, Tableau 4 ).

Tableau 3

TraitInnéNon consanguinmtP-valeur
 Moyennes.e.Moyennes.e.   
Taux de maturité des femelles0.470.060.410.06340.850.40
Taux de maturité mâle0.860.050.780.08261.150.26
Taux de maturité global0.550.050.480.06341.530.14
Survie juvénile0.790.040.860.0337𢄡.430.16
Longévité29.441.4729.191.31160.120.90
Taux de ponte11.480.4911.760.4629𢄡.210.24

La taille de l'échantillon m fait référence au nombre de lignes indépendantes. Les valeurs moyennes par ligne ont été utilisées dans les tests statistiques.

Tableau 4

TraitInnéNon consanguinmtP-valeur
 Moyennes.e.Moyennes.e.   
Taux de maturité des femelles0.390.050.410.0544𢄠.440.66
Taux de maturité mâle0.780.070.800.0635𢄠.280.78
Taux de maturité global0.500.050.500.0544𢄠.220.83
Survie juvénile0.880.020.870.0243𢄠.340.73
Longévité30.681.3929.591.3022𢄠.660.52
Taux de ponte10.520.4411.940.4433𢄤.14π.001

La taille de l'échantillon m fait référence au nombre de lignes indépendantes. Les valeurs moyennes par ligne ont été utilisées dans les tests statistiques.


Discussion

Dépression de consanguinité

Dans les populations d'haplodiploïdes, les allèles délétères récessifs différeront en fréquence selon qu'ils sont limités à l'expression chez les femelles ou non. Nous avons étudié si les effets de la consanguinité sur les traits d'histoire de vie des T. urticae émergent de la mesure dans laquelle les gènes codants pertinents sont exprimés uniquement chez les femmes. Contrairement à la longévité et à la survie des juvéniles, le taux de ponte, c'est-à-dire le seul trait unique aux femelles, était négativement affecté par une forte consanguinité (F= 0,875). Cet effet négatif est également apparu après un seul cycle de consanguinité (F=0,5) chez les femelles de la population de base, ainsi que chez les femelles de lignées sans antécédents de consanguinité. Étant donné qu'il existe probablement plus de gènes dont l'expression est limitée aux femelles contrôlant la ponte que les deux caractères génériques, les effets contrastés de la consanguinité sont probablement dus à un contrôle génétique différentiel.

Pour le taux de maturité, nos résultats sont moins faciles à interpréter, car des effets négatifs de la consanguinité sur ce trait étaient présents chez les deux sexes. Un effet négatif sur le taux de maturité des mâles ne peut pas émerger d'une homozygotie accrue, car les mâles sont hémizygotes. Il est plus probable que le taux de maturité chez les mâles et les femelles soit (partiellement) contrôlé par leur mère, qui était également consanguine dans notre configuration expérimentale. Cette explication est étayée par l'expérience sur la purge, dans laquelle la progéniture était consanguine mais la mère était non consanguine (dans la population sans antécédent de consanguinité, tableau 4), car, ici, il n'y avait pas d'effet négatif sur le taux de maturité mâle ou femelle. . Certes, le degré de consanguinité était plus faible dans cette expérience (F=0,5 au lieu de F= 0,875), mais probablement suffisamment pour que des effets négatifs surviennent, car le taux de ponte a été affecté par la consanguinité dans chacune des deux configurations. Compte tenu du fait que la consanguinité F=0,875 avait un peu moins d'impact sur le taux de ponte que sur le taux de maturité (RP=0,14 et en moyenne 0,19, respectivement Tableau 1), à peu près le même potentiel d'effet serait attendu à F= 0,5 (en supposant une variation épistatique similaire dans les deux traits, Lynch et Walsh, 1998, chapitre 10). Cependant, à F=0,5 des diminutions ont été observées dans le taux de ponte mais pas dans le taux de maturité. Le taux de maturité est probablement sous contrôle (partiel) maternel, déterminant ainsi l'impact de la consanguinité sur les deux sexes. Comme il n'y a aucune preuve de soins maternels dans T. urticae, le mécanisme sous-jacent peut très bien dépendre de la façon dont les mères allouent les nutriments aux œufs.

À notre connaissance, seules deux études publiées sur les haplodiploïdes ont considéré la dépression de consanguinité en ce qui concerne le sexe (Saito et al., 2000 Henter, 2003). Dans le parasitoïde Uscana semifuumipennis la consanguinité a conduit à une réduction plus ou moins égale des performances de reproduction (nombre de descendants adultes à partir d'œufs produits en 48 h) et de la longévité des femelles (Henter, 2003). Pour expliquer cela, Henter (2003) a considéré un contrôle génétique différentiel de la longévité chez les deux sexes (entraînant un trait de longévité spécifique à la femelle) ou une faible relation entre la longévité et la fitness (entraînant une faible sélection purificatrice sur la longévité). Une difficulté dans l'interprétation de ses données est que la performance inclut à la fois le taux de ponte et la survie des juvéniles, mais leurs effets ne peuvent être séparés. Dans une autre étude sur l'acarien Stigmaeopsis miscanthi, les lignées consanguines ont été comparées aux lignées allogames (Saito et al., 2000 Mori et al., 2005). Le taux de ponte a diminué dans certaines lignées consanguines et aucun effet n'a été trouvé sur le taux de survie. Ceci est cohérent avec les résultats que nous avons trouvés dans T. urticae, mais on ne sait pas dans quelle mesure le S. miscanthi les résultats sont causés par une dépression de consanguinité dans les lignées consanguines ou par une hétérosis dans les lignées allogames, ce qui peut avoir conduit à des niveaux artificiellement élevés d'hétérozygotie. Nos données sur la dépression de consanguinité liée au sexe chez les haplodiploïdes sont donc plus susceptibles d'interprétation.

Purge pendant la consanguinité

Pendant les périodes de consanguinité, une homozygotie accrue apparaîtra chez les organismes diploïdes, ce qui expose les allèles délétères récessifs à la sélection, purgeant ainsi la population de ces allèles. Nous avons soumis des lignes de T. urticae à un fort régime de consanguinité et ont trouvé des preuves indirectes de purge en ce qui concerne le taux de ponte (tableau 2). Il semble que les allèles délétères récessifs pour le taux de ponte dans les lignées aient été purgés pendant l'épisode de consanguinité imposée à un degré tel qu'il n'y avait plus d'effets négatifs détectables de la consanguinité à F=0,5. L'absence de dépression de consanguinité après l'épisode de consanguinité ne semble pas être une conséquence des effets maternels. Une comparaison des données des tableaux 3 et 4 pour les descendants non consanguins de mères avec et sans antécédents de consanguinité, respectivement, montre qu'il n'y avait aucune différence significative pour aucun des caractères que nous avons mesurés : la valeur moyenne d'une catégorie différait toujours de moins d'un se de la valeur moyenne de l'autre catégorie.

On ne sait pas si la purge s'est produite dans le taux de maturité (femelle ou mâle). Comme nous émettons l'hypothèse que les effets négatifs de la consanguinité se produisent via le contrôle maternel du trait, la configuration que nous avons utilisée n'était pas adaptée pour étudier la purge du taux de maturité, car les mères des deux traitements étaient non consanguines. Ceci peut expliquer pourquoi il n'y avait pas de différence d'intensité de la dépression de consanguinité en ce qui concerne le taux de maturité entre les populations avec et sans antécédents de consanguinité (tableau 2).

Dans la littérature, la plupart des preuves de la purge ont été recherchées sous la forme d'une meilleure aptitude à la consanguinité des familles consanguines que des familles non consanguines ou d'un rebond de l'aptitude avec l'augmentation de la consanguinité (examiné dans Crnokrak et Barrett, 2002). Cependant, ce type de résultat laisse place à une interprétation alternative de l'adaptation aux conditions de laboratoire dans les familles consanguines (Willis, 1999), d'autant plus que les familles non consanguines utilisées ne sont souvent pas soumises aux mêmes conditions de croissance que les familles consanguines, car les les familles sont tirées de la population de base (Crnokrak et Barrett, 2002). Dans nos expériences, nous avons réduit le potentiel d'influence différentielle de l'adaptation en laboratoire en soumettant les lignées de consanguinité aux mêmes conditions de laboratoire et à la même procédure que les lignées de consanguinité. Cependant, les lignées non consanguines peuvent encore s'adapter plus rapidement aux conditions de laboratoire car on s'attend à ce qu'elles abritent plus de variation génétique (Willis, 1999). Les deux traitements ont conduit à une perte considérable de lignées (Figure 2), ce qui suggère que les conditions de laboratoire ont imposé une sélection significative dans cette expérience de consanguinité.

L'influence de l'adaptation en laboratoire peut être contrôlée en comparant l'intensité de la dépression de consanguinité entre les populations avec et sans antécédents de consanguinité (Willis, 1999). À notre connaissance, nous sommes les premiers à utiliser cette méthode et à démontrer la purge chez une espèce haplodiploïde. Chez les espèces diploïdes, les quelques études réalisées montrent des résultats mitigés. Aucune preuve de purge n'a été trouvée pour aucun trait d'histoire de vie chez la fleur de singe commune Mimulus guttatus (Willis, 1999) ou pour la fécondité chez le tétranyque du bulbe Rhizoglyphus robini (Radwan, 2003). Cependant, des preuves de purge ont été trouvées pour la production d'œufs chez la mouche des fruits Drosophila melanogaster dans deux cas (Swindell et Bouzat, 2006a, 2006b) et pour certains traits d'histoire de vie du charançon du haricot Stator limbatus (Fox et al., 2008). La théorie sur la purge prédit que sous un régime d'accouplement frère-sœur, la purge des allèles délétères pour la fécondité féminine ne sera possible que s'ils sont fortement récessifs avec des effets négatifs importants (Hedrick, 1994 Byers et Waller, 1999 Wang et al., 1999) . Les lignées que nous avons testées ont connu un régime de consanguinité encore plus fort (accouplement mère-fils) et la purge a toujours eu lieu. Cela suggère que des allèles fortement récessifs et délétères affectant le taux de ponte étaient présents dans la population de base de T. urticae.


Accouplement sib sans consanguinité chez la fourmi folle à longues cornes

Les accouplements entre frères et sœurs augmentent l'homozygotie et, par conséquent, la fréquence des phénotypes nuisibles causés par les allèles délétères récessifs. Cependant, de nombreuses espèces ont développé des adaptations qui empêchent les coûts génétiques associés à la consanguinité. Nous avons découvert que la fourmi folle à longues cornes hautement envahissante, Paratrechina longicornis, a développé un mode de reproduction inhabituel selon lequel l'accouplement entre frères et sœurs n'entraîne pas la consanguinité. Une étude génétique des populations de P. longicornis ont révélé des différences dramatiques dans les fréquences alléliques entre les reines, les mâles et les ouvrières. Les analyses mère-progéniture ont démontré que ces différences de fréquence allélique résultaient du fait que les trois castes étaient toutes produites par des moyens différents. Les ouvrières se sont développées par reproduction sexuée normale entre les reines et les mâles. Cependant, les reines ont été produites par clonage et, par conséquent, étaient génétiquement identiques à leurs mères. En revanche, les mâles n'ont jamais hérité d'allèles maternels et étaient génétiquement identiques à leurs pères. Le résultat de ce système est que la consanguinité génétique est impossible car les génomes de la reine et du mâle restent complètement séparés. De plus, la progéniture ouvrière produite sexuellement conserve le même génotype, combinant des allèles de la lignée maternelle et paternelle au fil des générations. Ainsi, les reines peuvent s'accoupler avec leurs frères dans le nid parental, mais leur progéniture n'est pas plus homozygote que si la reine s'accouplait avec un mâle choisi au hasard dans la population. La ségrégation complète des pools génétiques mâles et femelles permet aux reines de contourner les coûts associés à la consanguinité et peut donc agir comme une pré-adaptation importante pour l'énorme succès envahissant de la fourmi folle.

1. Introduction

La consanguinité augmente la fréquence des phénotypes nuisibles causés par des mutations délétères récessives. En conséquence, les familles consanguines présentent fréquemment des anomalies majeures, telles que des phénotypes létaux mutants ou des maladies génétiques. Même en l'absence d'anomalies majeures manifestes, la dépression de consanguinité est détectable par les taux de fertilité, de survie et de croissance inférieurs des individus ayant des coefficients de consanguinité élevés (voir [1] pour une revue).

Chez les hyménoptères (fourmis, abeilles et guêpes), un coût supplémentaire associé à la consanguinité provient du mécanisme inhabituel de détermination du sexe, selon lequel le sexe est généralement déterminé par un seul locus déterminant le sexe (c. sl-CSD). Sous sl-CSD dans les organismes haplodiploïdes tels que les hyménoptères, les œufs haploïdes non fécondés se développent en mâles et les œufs diploïdes se développent en femelles s'ils sont hétérozygotes au locus déterminant le sexe. Cependant, les individus homozygotes au locus déterminant le sexe se développent en mâles diploïdes [2–6]. Ainsi, chaque fois qu'une reine s'accouple avec un mâle possédant l'un de ses allèles au locus déterminant le sexe, la moitié de la progéniture diploïde produite se développera en mâles diploïdes. Parce que les mâles diploïdes sont généralement inviables ou stériles, la consanguinité peut entraîner des coûts importants pour la colonie [7,8] (mais voir [9]).

Les fourmis ont développé diverses adaptations pour empêcher la consanguinité. Par exemple, les colonies produisent souvent des individus reproducteurs d'un seul sexe, excluant ainsi la possibilité de s'accoupler avec des parents. De plus, ces individus partent sur des vols d'accouplement hautement synchronisés composés d'individus d'un grand nombre de colonies, de sorte que les accouplements entre individus apparentés sont peu probables [10]. Chez quelques espèces, cependant, l'accouplement a lieu à l'intérieur du nid. Les espèces de fourmis qui présentent l'accouplement de leurs compagnons de nid sont généralement caractérisées par la présence de nombreuses reines par colonie et par un mode d'organisation sociale unicolonial où les individus se mélangent librement entre des nids physiquement séparés. Ainsi, dans ces cas, la porosité des limites des colonies entraîne une moindre probabilité de consanguinité, car les reines sont susceptibles de s'accoupler avec des mâles auxquels elles ne sont pas directement apparentées. Fait intéressant, l'unicolonialité est également un attribut clé responsable de la dominance écologique de plusieurs espèces de fourmis [11-13] et de leur aptitude à envahir de nouveaux habitats. En effet, sur les 17 espèces d'invertébrés terrestres répertoriées parmi les pires envahisseurs du monde [14], cinq sont des espèces de fourmis avec des structures unicoloniales documentées ou inférées.

La capacité des populations introduites à prospérer dans un nouvel habitat n'est pas négligeable, car l'introduction est généralement associée à des goulots d'étranglement génétiques des populations. La baisse résultante de la diversité allélique accompagnant les goulots d'étranglement augmente le niveau d'homozygotie par rapport à la population native. Par conséquent, l'introduction dans de nouveaux habitats peut entraîner des conséquences similaires à celles de la consanguinité conventionnelle en termes d'augmentation de la fréquence des phénotypes nuisibles en raison de mutations délétères récessives. Par exemple, toutes les populations introduites de fourmis envahissantes étudiées jusqu'à présent possèdent moins d'allèles que les populations indigènes [11,15–19], et les populations introduites de fourmis de feu Solenopsis invicta [8,15] produisent des proportions élevées de mâles diploïdes.

Des études récentes ont révélé plusieurs cas de modes de reproduction inattendus chez les fourmis [20-24]. Chez ces espèces, on a découvert que les reines utilisaient la reproduction sélectivement sexuée et asexuée pour produire respectivement de nouvelles ouvrières et reines. Dans cette étude, nous décrivons le système de reproduction inhabituel d'une autre espèce de fourmis, la fourmi folle à longues cornes. Paratrechina longicornis (Latreille 1802). Cette fourmi est un ravageur agricole et domestique hautement envahissant dans une grande partie des régions tropicales et subtropicales, et un ravageur intérieur envahissant dans les zones tempérées [25]. Nos analyses génétiques d'une population introduite montrent que les reines ont été produites par clonage à partir de leur mère, les mâles produits par clonage à partir de leur père et les ouvrières produites sexuellement. Nous montrons que ce mode de reproduction permet P. longicornis colonies pour maintenir l'hétérozygotie au fil des générations, malgré les goulots d'étranglement de la population et les accouplements entre les individus issus de la même mère.

2. Matériel et méthodes

(a) Collecte

Nous avons collecté sept P. longicornis nids à l'été 2008 et au printemps 2009 à partir d'une seule population à Bangkok, en Thaïlande, près de l'Université de Kasetsart (GPS : 13,85° N, 100,57° W). Les nids ont été ramenés au laboratoire et subdivisés pour produire de nouvelles colonies filles. Plus précisément, nous avons isolé 21 reines (ci-après dénommées F0 reines) avec au moins 50 ouvrières de nidification pour établir 21 colonies de laboratoire à reine unique. Les colonies ont été conservées dans des chambres climatiques à une température constante de 26°C et un cycle de 12 L : 12 D. De la nourriture (miel, fruits, cafards, grillons et vers de farine) et de l'eau étaient fournis ad libitum. Après trois mois, toutes les pupes étaient connus pour être la progéniture du résident F0 reine. A cette époque, nous avons recueilli la reine et 12 ouvrières, gyne (reine vierge ailée) et pupes mâles (F1 progéniture) de chaque colonie, si ces échantillons étaient disponibles. Au total, nous avons échantillonné 89 gyne (moyenne ± s.d. = 7,4 ± 4,8 sur 12 colonies), 139 mâles (7,7 ± 4,8 sur 18 colonies) et 252 ouvrières (12,0 ± 0 sur 21 colonies) F1 pupes.

(b) L'accouplement entre frères et sœurs

Sept colonies ont produit plus de F1 pupes sexuelles des deux sexes que celles que nous avons réellement échantillonnées. Ces F1 gyne et pupes mâles ont été laissés dans leur colonie mère et élevés en sexués adultes par les ouvrières du nid. Après trois semaines, au moins un F1 reine a perdu ses ailes dans chacune des sept colonies, ce qui suggère que cette reine s'était accouplée avec un F1 frère de nid (ci-après les termes frères, sœurs ou clans sont définis comme des individus produits par la même reine). Nous avons isolé un tel F1 reine avec au moins 50 ouvrières de chaque colonie. Nous avons autorisé ces F1 reines pour survivre pendant encore trois mois, après quoi nous avons échantillonné les sept F1 reines, 12 pupes ouvrières et jusqu'à 12 pupes gynécologiques et mâles (selon disponibilité) de chaque F1 colonie. Globalement, nous avons échantillonné 84 ouvrières (12 ± 0 par colonie), 65 gyne (9,3 ± 3 par colonie) et 84 mâles (12 ± 0 par colonie) F2 pupes des sept colonies.

(c) Génotypage

L'ADN a été extrait de pupes individuelles entières, et de la tête et du thorax de reines accouplées, en utilisant un poste de travail Biosprint 96 (Qiagen, CA, USA) en suivant les protocoles du fabricant. Chaque individu a été génotypé au niveau des 13 loci microsatellites polymorphes : Plon-1.B9, Plon-1.H3, Plon-3.C4, Plon-4.E6, Plon-5.C3, Plon-5.F7, Plon-7.H4, Plon-8.A8, Plon-8.F2, Plon-8.G5, Plon-9.A4, Plon-10.B7 et Plon-10.E7 [26]. Les fragments fluorescents amplifiés ont été visualisés à l'aide d'un séquenceur d'ADN automatisé ABI Prism 3100. Les allèles des microsatellites ont été évalués à l'aide du logiciel G ene M apper v. 4.0 (Applied Biosystems). L'un des 13 loci (Plon-7.H4) s'est avéré ne posséder qu'un seul allèle et n'a donc pas été examiné plus avant.

Génotypes de F0, F1 et F2 les individus pouvaient être déterminés directement, tandis que les génotypes paternels étaient déduits des génotypes des ouvrières et des mères. L'inférence du génotype paternel est généralement simple chez les hyménoptères, étant donné que les mâles sont haploïdes. Dans cette population, l'inférence était encore facilitée par le fait que les mâles et les reines n'avaient pratiquement aucun allèle en commun (§3). Tous les tests statistiques sur les fréquences des génotypes ont été réalisés à l'aide du logiciel R [27].

3. Résultats

(a) Modèles génétiques des populations

Nos analyses génétiques de population ont révélé des différences considérables dans les fréquences alléliques entre les reines, les mâles et les ouvrières (figure 1). Les différences étaient les plus extrêmes entre les reines et les mâles : pour 11 des 12 loci polymorphes, les reines et les mâles n'avaient aucun allèle en commun. Dans les 12 loci, les ouvrières présentaient des fréquences alléliques intermédiaires entre celles des reines et des mâles.

Figure 1. Fréquences alléliques dans P. longicornis reines, ouvrières et mâles échantillonnés dans une même population. Les fréquences ont été déduites de 89 génotypes gyne, 139 mâles et 252 travailleurs.

Nous avons suspecté que ces fréquences de génotypes très inhabituelles résultaient d'une combinaison de reproduction sexuée et asexuée, où les ouvrières étaient produites par une reproduction sexuée normale, et les reines et les mâles étaient produits de manière asexuée. Dans ce scénario, les reines hériteraient uniquement des allèles maternels et les mâles uniquement des allèles paternels (figure 2 §4). Pour tester si c'était bien le cas, nous avons analysé les génotypes de la F0 et F1 individus produits en laboratoire. Conformément à un système généralisé de reproduction clonale des reines et des mâles, nous avons constaté que les 21 mères (F0) les reines avaient des génotypes identiques sur tous les 12 loci, et le génotype déduit des partenaires des reines étaient également tous identiques les uns aux autres (mais avaient des allèles différents de ceux des reines). De plus, tous les 89 F1 les reines produites en laboratoire portaient exclusivement des allèles maternels, et étaient génétiquement identiques à leur mère (F0) reines et, par conséquent, entre elles. Les analyses mère-progéniture ont également révélé une absence totale de recombinaison tous les F0 et F1 les reines étaient hétérozygotes à cinq des 12 loci et homozygotes aux sept loci restants (toutes les reines avaient le même allèle à ces sept loci). L'absence totale de recombinaison indiquait que la parthénogenèse thélytoque (c'est-à-dire la production de femelles diploïdes à partir d'œufs non fécondés) était apomictique (c'est-à-dire ameiotique) [28,29].

Figure 2. Reproduction clonale chez les reines et les mâles. La figure résume le système de reproduction de P. longicornis dans la population étudiée. Les chromosomes maternels (clairs) et paternels (foncés) sont affichés. La contribution au génome de la progéniture est indiquée par des flèches (la flèche en pointillé représente la mère pondant des œufs haploïdes sans contribution réelle au génome).

En contraste frappant avec le F1 reines, le 139 F1 les mâles n'ont jamais porté d'allèles maternels dans 11 des 12 loci étudiés. Le seul allèle partagé entre les reines et leurs fils était au locus Plon-5.C3, où les reines étaient toujours hétérozygotes (202/206) et leurs fils toujours hémizygotes pour l'allèle 206. Il est important de noter que les génotypes des mâles étaient toujours identiques à ceux des compagnes de leurs reines mères (comme inféré par l'analyse mère-ouvrière) dans les 12 loci. Ainsi, tous les 139 mâles étaient des clones génétiques de la F0 compagnes des reines.

Enfin, tous les 252 F sauf un1 les ouvrières avaient un allèle maternel et un allèle paternel, démontrant que les ouvrières étaient sexuellement produites. L'exception était une ouvrière qui présentait exclusivement des allèles maternels à tous les loci et était donc produite par parthénogénétique (comme pour les nouvelles reines).

(b) Expériences d'accouplement entre frères et sœurs

Les jeunes reines vierges élevées dans les sept colonies de laboratoire se sont facilement accouplées avec leurs frères. Analyses parents-enfants entre F1 et F2 progéniture a confirmé que tous les F2 reines ont été produites par clonage par leurs mères et toutes les F2 les travailleuses étaient sexuellement produites (matériel électronique supplémentaire, tableau S1). La comparaison entre les générations a révélé que le niveau d'hétérozygotie était similaire entre les reines des deux générations ainsi qu'entre les ouvrières des deux générations (ouvrières : Ho(F1) = 0.951 ± 0.053, Ho(F2) = 0.946 ± 0.040, p = 0,184, n.s. gynes : Ho(F1) = 0.417 ± 0.000, Ho(F2) = 0.417 ± 0.000, p = 1.000, n.s.).

4. Discussion

Nos analyses génétiques ont révélé un mode de reproduction inhabituel dans une population introduite de la fourmi folle à longues cornes P. longicornis. Nous avons trouvé que P. longicornis les ouvrières sont issues de la reproduction sexuée classique, tandis que les reines sont des clones de leurs mères et les mâles sont des clones de leurs pères. Ce dernier résultat était particulièrement surprenant car les fourmis mâles ne reçoivent généralement aucun allèle paternel. Des expériences d'accouplement en laboratoire ont montré que ce mode de reproduction permettait aux reines de s'accoupler avec leurs frères à l'intérieur du nid, tout en maintenant l'hétérozygotie dans les castes des reines et des ouvrières sur un nombre illimité de générations.

Étonnamment, le niveau d'hétérozygotie des nouvelles reines est totalement indépendant du lien généalogique entre la reine mère et son partenaire dans cette espèce, car il n'y a pas de mélange des lignées paternelle et maternelle. En revanche, le niveau d'hétérozygotie des ouvrières dépend de la similitude génétique entre les lignées maternelle et paternelle, car les ouvrières sont produites sexuellement. Mais puisque toutes les reines et tous les mâles de notre population d'étude avaient le même génotype, les reines n'étaient pas plus génétiquement similaires à leurs frères qu'à tout autre mâle de la population, et le niveau d'hétérozygotie des ouvrières n'était donc pas affecté par le fait que les reines s'accouplent avec leur frères ou d'autres hommes.

Le système reproducteur particulier de P. longicornis fournit probablement une pré-adaptation importante permettant à cette espèce de coloniser de nouveaux habitats. Paratrechina longicornis est sans doute la plus dispersée de toutes les espèces de fourmis, largement répartie dans l'Ancien Monde et le Nouveau Monde dans l'hémisphère nord et l'hémisphère sud [25]. Les multiples introductions de cette espèce se sont probablement accompagnées de réductions répétées de la taille de la population au cours des étapes de fondation de nouvelles populations. Cependant, la séparation complète des génomes maternel et paternel permet à de tels événements fondateurs de se produire sans aucun coût associé à la consanguinité (c'est-à-dire l'accouplement entre individus apparentés) chez les ouvrières. Quelle que soit la taille de la population, un niveau élevé d'hétérozygotie peut être maintenu chez les ouvrières en raison des différences génétiques très marquées entre les lignées paternelle et maternelle. Les goulots d'étranglement de la population n'affectent que la diversité allélique au niveau de la population, sans diminuer l'hétérozygotie observée des reines et des ouvrières. Dans la population étudiée, il n'y avait en fait aucune diversité génotypique au sein des lignées clonales maternelles ou paternelles, mais l'hétérozygotie observée chez les ouvrières était extrêmement élevée (sur les 12 loci microsatellites, l'hétérozygotie observée était proche de 1 matériel électronique supplémentaire, tableau S1).

Des études récentes ont rapporté des stratégies de reproduction similaires impliquant la reproduction clonale des deux sexes chez deux autres espèces de fourmis : Wasmannia auropunctata et Vollenhovia emeryi [21,22]. Sur la base des résultats de notre étude, il est probable que le système d'accouplement de ces espèces se traduise également par une réduction des effets des goulots d'étranglement et de l'accouplement entre frères et sœurs sur le niveau d'hétérozygotie des femelles. De façon intéressante, W. auropunctata est également une fourmi envahissante, et des études récentes ont montré que les populations introduites dérivent souvent d'une seule introduction de reine [30] et sont caractérisées par la présence d'une seule reine et d'un seul génotype mâle. La présence d'une seule reine et d'un seul génotype mâle dans notre P. longicornis population est également compatible avec la population initiée par une seule reine accouplée.

Fait intéressant, notre étude montre que P. longicornis les reines pondent des œufs mâles qui n'héritent d'aucun gène maternel. Il existe au moins deux mécanismes potentiels qui pourraient conduire à ce qu'un mâle soit produit par clonage par son père. Premièrement, le génome maternel pourrait être éliminé après la fécondation de l'ovule [21]. En effet, d'autres exemples d'élimination sélective d'un génome parental ont été rapportés chez des espèces telles que la guêpe parasitoïde Nasonia vitripennis [31,32] et le complexe d'espèces hybridogénétiques de grenouille d'eau Rana esculenta [33,34], et comme probable chez certaines fourmis du genre Formica [35,36]. Dans ces cas, cependant, c'est toujours le génome paternel qui est éliminé et non le génome maternel. L'autre possibilité est que les femelles pondent parfois des œufs anucléés qui se développent en mâles haploïdes lorsqu'ils sont fécondés [37]. Malheureusement, il n'est pas possible de savoir quels œufs donneront naissance aux mâles et aux femelles, et il sera donc très difficile de discriminer entre ces deux mécanismes potentiels.

En conclusion, cette étude démontre que P. longicornis utilise un mode de reproduction inhabituel agissant comme une pré-adaptation pour les situations où la consanguinité et le goulot d'étranglement se produisent. Même si les populations sont initiées par une seule femelle, la reproduction clonale des mâles et des reines assure un niveau élevé d'hétérozyosité observée des ouvrières lorsque la reine fondatrice et son partenaire ont des allèles différents. De plus, ce système de reproduction inhabituel maintient des niveaux similaires d'hétérozygotie observée pour les reines et pour les ouvrières même si les accouplements se produisent entre frères et sœurs sur plusieurs générations. Cela peut être un facteur important expliquant pourquoi cette espèce a si bien réussi à envahir de nouveaux habitats.


Discussion

L'importante dépression de consanguinité de la valeur adaptative à vie trouvée ici est en partie due à la dépression de consanguinité de la survie des juvéniles, qui a été rapportée dans des études antérieures de cette population (20, 22) et de nombreuses autres espèces (1). De plus, nous avons constaté que l'augmentation des coefficients de consanguinité génomique était associée à une diminution de l'APA chez les adultes des deux sexes. De plus, l'augmentation des coefficients de consanguinité maternelle a diminué la survie de la progéniture jusqu'à l'indépendance. En revanche, en utilisant des coefficients de consanguinité dérivés du pedigree, nous avons pu détecter une dépression de consanguinité significative dans la survie des juvéniles, mais pas dans aucun des traits adultes.

Variance de la consanguinité et déséquilibre identitaire.

On s'attendait à ce que la population de l'étude du cerf élaphe du rhum présente une variance élevée dans les coefficients de consanguinité, en raison d'une taille de population limitée, d'un mélange récent avec des cerfs élaphes du continent (21), d'un mélange en cours avec des cerfs élaphes d'autres parties de l'île, une population fortement polygyne système d'accouplement, et des niveaux plus élevés d'accouplements consanguins que prévu dans le cadre d'un accouplement aléatoire (27). Malgré cela, la variance de la consanguinité semble relativement faible par rapport aux autres populations de vertébrés généalogiques, à var ( F grm ) = 0,0011 et var ( F ped ) = 0,0008 chez les nouveau-nés (Fig. S5B), par rapport à var ( F ped ) = 0,0004 – 0,0192 (médiane 0,0031) parmi 18 espèces de mammifères et d'oiseaux répertoriées par Grueber et al. (28). Cependant, cette liste comprend diverses populations avec un très petit nombre de fondateurs, les données sur la variance typique de la consanguinité dans les populations animales font actuellement défaut.

La variation des coefficients de consanguinité diminue généralement avec l'âge, en raison de la disparition sélective des individus les plus consanguins (voir Fig. S5B), entraînant un plus faible déséquilibre identitaire ( g 2 ) chez les adultes. Ici, par rapport aux nouveau-nés, g 2 était inférieur de 33 % chez les femmes adultes et de 21 % inférieur chez les hommes adultes (y compris les hommes immigrants, voir également la figure S3.C et Discussion sur l'IS). Par conséquent, l'estimation de la dépression de consanguinité dans les traits adultes est encore plus difficile que chez les juvéniles, et davantage de marqueurs sont nécessaires pour estimer avec précision l'homozygotie à l'échelle du génome. Le grand nombre de marqueurs utilisés ici a assuré que g 2 était significativement différent de zéro pour tous les sous-ensembles de données (Fig. S3C), bien que, pour tous les caractères, il y ait eu une tendance positive (non significative) entre g 2 et la dépression de consanguinité estimée (Fig. S3).

Estimations génomiques ou basées sur le pedigree.

Les estimations de la dépression de consanguinité basées sur plus de F grm - que de F ped étaient significativement différentes de zéro. études (14, 16). Pour la plupart des caractères (mais pas tous), nous avons constaté que F grm entraînait en outre des estimations ponctuelles légèrement plus élevées, mais aucune des différences entre les estimations n'était significative (tableau 1 et figure S6UNE). Les exceptions à la tendance générale des estimations plus élevées pour F grm peuvent donc être dues au hasard seul.

(UNE) Pentes estimées et IC à 95 % des valeurs des traits sur F ped (marron) et F grm (vert) de l'individu focal (losanges) ou de sa mère (astérisques), sur l'échelle des données (M1, M2), l'échelle log (M7, M11 ) ou échelle logit (M3–M6, M8–M10). Pour les modèles de Poisson d'obstacle (M12–M14), l'effet de F sur la haie est indiqué par des losanges ouverts, et, sur le Poisson tronqué, est indiqué par des losanges remplis. B spectacle, pour M6 (B pour focale et C pour la mère) et M11 (), les pentes estimées lorsque F ped ou F grm est ajusté dans un ensemble de données plus petit, dans lequel les deux métriques sont connues pour tous les individus (barres du milieu, zone ombrée en gris), par rapport aux ensembles de données plus grands dans lesquels F ped (extérieur à gauche) ou F grm (extérieur à droite) est connu (ceux-ci sont identiques aux barres dans UNE). La taille des échantillons est indiquée sous chaque barre et les astérisques indiquent les niveaux de signification standard.

La différence de performance entre F ped et F grm peut être attribuée à un certain nombre de facteurs. Premièrement, il y avait une différence dans la taille de l'échantillon disponible (tableau S2). Cependant, même en utilisant un ensemble de données plus petit comprenant uniquement des individus pour lesquels les deux mesures étaient connues, les intervalles de confiance plus étroits pour F grm par rapport à F ped sont restés (Fig. S6 B). Deuxièmement, bien que F ped soit basé sur une quantité minimale standardisée d'informations sur le pedigree, cette métrique contiendra une erreur due à la consanguinité manquée dans la profondeur très variable du pedigree disponible pour différents individus. Troisièmement, comme décrit dans l'introduction, F grm capture la variation de l'IBD autour de l'attente de pedigree. Notez qu'il est peu probable que la tendance ait été causée par les échelles quelque peu différentes des deux estimateurs car, toutes choses étant égales par ailleurs, la plage de valeurs observées plus large pour F grm ( − 0,10 –0,36) que pour F ped (0-0,27) se traduirait par des pentes plus faibles des valeurs des caractères contre F grm que contre F ped .

La différence entre les estimations généalogiques et génomiques de la dépression de consanguinité rapportée ici est beaucoup plus prononcée que dans une comparaison similaire axée sur l'estimation de l'héritabilité et des covariances génétiques dans une population d'étude de moutons Soay à St Kilda, au nord-ouest de l'Écosse (29). L'une des raisons à cela est que les personnes qui manquent d'informations sur l'ascendance peuvent avoir un Fpéd, tout en ayant des relations généalogiques précises avec leurs nombreux (demi-)frères et sœurs, descendants et ancêtres connus. Toutes ces relations par paires contribuent à l'estimation de l'héritabilité, alors que seul le nombre relativement faible d'ancêtres directs contribue à Fpéd.

Dépression de consanguinité dans les composantes de la condition physique.

En général, on s'attend à ce que la dépression de consanguinité soit plus forte dans les traits plus étroitement associés à la fitness (30). Nos résultats étaient conformes à cette attente, avec, par exemple, des individus avec F grm = 0,125 ne montrant qu'une faible réduction du poids à la naissance ( - 4,4 %) par rapport à la réduction de la survie des juvéniles ( - 47 %), et encore plus réduction du LBS ( − 72 % à − 95 %).

Cette tendance n'a pas été suivie par les deux composantes de la condition physique des adultes considérées. Des études antérieures sur cette population de cerfs élaphes ont montré que le LBS femelle est plus fortement déterminé par la longévité que par l'ABS, alors que le LBS mâle est à peu près également déterminé par les deux composants (19, 31). Ceci est une conséquence de la biologie de reproduction du cerf élaphe, avec un maximum d'un veau par an pour les femelles, et donc un plus grand avantage de longévité par rapport à l'ABS par rapport aux mâles. Sur cette base, on s'attendrait à ce que les femelles présentent une dépression de consanguinité plus forte en survie que dans l'ABS, et que les estimations pour les deux traits seraient similaires chez les mâles. En revanche, chez les femelles consanguines (en utilisant à nouveau F grm = 0,125 ), nous avons trouvé une réduction plus forte de l'ABS ( − 24 %) que de la survie des adultes ( − 4 %), et la différence était encore plus grande pour les mâles (ABS − 79 % , survie − 1 %). La raison de cette tendance imprévue n'est pas claire et ne semble pas liée à la taille de l'échantillon (tableau S2) ou au déséquilibre d'identité (figure S3C). L'ampleur relative de la dépression de consanguinité dans ces caractères est susceptible d'être spécifique à l'espèce, mais, fait intéressant, chez les bruants chanteurs, un schéma similaire a été trouvé, avec un effet plus important des coefficients de consanguinité sur le succès de reproduction annuel (ARS) des mâles que des femelles, et aucun effet détectable sur la survie des adultes (10). De même, chez les pinsons de Darwin, la diminution de la consanguinité de la probabilité annuelle de reproduction était plus constante que celle de la survie annuelle (32).

Mères consanguines.

Un effet du coefficient de consanguinité de la mère sur la survie de la progéniture est rarement signalé, mais il a peut-être contribué à la réduction de l'ARS documentée chez les bruants chanteurs (10) et les grands dauphins (33). Chez le cerf, la progéniture des femelles consanguines ( F grm = 0,125 ) avait une probabilité de survie jusqu'à l'indépendance inférieure de 31 %, ce qui, avec l'ABS réduit, a entraîné une diminution de 47 % de l'ARS pour les femelles consanguines (en supposant des effets indépendants sur l'ABS et survie de la descendance). Les ampleurs relatives de la dépression de consanguinité dans l'ABS et la survie de la progéniture, et la classe d'âge de la progéniture la plus affectée, sont susceptibles de varier entre les espèces. Par exemple, une étude antérieure sur les bruants chanteurs a documenté un effet négatif de la femelle F ped sur la diminution des taux d'éclosion, mais pas sur le nombre d'œufs ou les taux d'envol ultérieurs (8), alors que, chez l'albatros hurleur, l'homozygotie microsatellite était associée aux taux d'envol de la progéniture. , mais pas le nombre de descendants éclos (34).

Sur Rhum, les femelles cerfs élaphes ne conçoivent pas les années où elles sont en mauvais état au rut, ce qui peut fournir une opportunité de compensation chez les femelles consanguines. En renonçant au coût de la reproduction sur la survie (M8) et la fécondité subséquente (M10), l'effet net du coefficient de consanguinité d'une femelle sur LBS est diminué, et était donc indétectable parmi ceux qui se sont reproduits au moins une fois (M12). Des écarts similaires entre les effets sur les mesures annuelles ou saisonnières et sur la durée de vie de la fitness dus à la compensation peuvent être trouvés, par exemple, lorsque la consanguinité affecte le succès de la couvée chez les oiseaux, mais que les femelles consanguines augmentent le nombre de tentatives de reproduction (35). Ces résultats soulignent l'importance de considérer l'ensemble du cycle de vie, y compris les effets des coefficients de consanguinité parentale sur la survie des juvéniles, lors de l'estimation de l'effet total de la dépression de consanguinité.

Dépression de consanguinité dans la condition physique.

Nous avons trouvé une dépression de consanguinité à la fois dans le fait qu'un mâle a engendré ou non une progéniture et, s'il l'a fait, dans le nombre de descendants qu'il a engendrés au cours de sa vie (modèle M14). En revanche, chez les femelles, bien qu'il y ait eu une dépression de consanguinité quant à la reproduction ou non d'une femelle, si une femelle se reproduisait, il n'y avait pas d'association entre le coefficient de consanguinité et son LBS (M12), mais il y avait une association négative avec son nombre de vie recrues (LRS, M13). Ces résultats pour le LBS sont cohérents avec une précédente corrélation de fitness d'hétérozygotie du LBS utilisant des microsatellites, dans laquelle la pente était plus raide pour les mâles que pour les femelles (25). La différence entre les sexes est probablement en partie une conséquence du système d'élevage polygyne du cerf élaphe avec une forte compétition mâle-mâle, qui conduit à une plus grande variance de LBS chez les mâles que chez les femelles. Chez les bruants chanteurs, qui sont quelque peu polygynes (mais beaucoup moins que les cerfs élaphes), l'ampleur de la dépression de consanguinité chez les LRS était deux fois plus importante chez les mâles que chez les femelles (10). Cependant, en général, cette hypothèse est difficile à vérifier, car peu d'autres études sur les vertébrés ont documenté l'effet des coefficients de consanguinité sur LBS ou LRS chez les deux sexes.


Affiliations

Département d'Écologie et d'Évolution, Université de Lausanne, Biophore, CH, 1015, Lausanne, Suisse

Laurent Keller, Katharina Peer et Christian Bernasconi

Ecologie comportementale, Institut d'écologie et d'évolution, Université de Berne, Wohlenstrasse 50a, CH-3032, Hinterkappelen, Suisse

Katharina Peer et Michael Taborsky

Trinserstrasse 31, A-6150, Steinach, Autriche

École de biologie, bâtiment Harold Mitchell, Université de St Andrews, St Andrews, KY16 9TH, Royaume-Uni

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Auteur correspondant


Dépression de consanguinité et hétérosis

Dhan Pal Singh , . Arti Singh , dans Sélection des plantes et développement des cultivars , 2021

Dépression de consanguinité

La consanguinité est mesurée par le coefficient de consanguinité également appelé coefficient de consanguinité (F). Le coefficient de consanguinité (F) est utilisé pour déterminer la force de la consanguinité, où F est la probabilité que deux allèles en un locus chez un individu soient identiques par descendance (IBD). L'estimation de F augmente avec une augmentation de l'homozygotie, ou de la fixation des allèles, résultant de la consanguinité. L'IBD fait référence aux allèles qui descendent d'un ancêtre commun dans une population de base, tandis que l'identité par état (IBS) fait référence aux allèles qui sont identiques et n'ont pas besoin d'être hérités d'un ancêtre récent. Deux allèles qui sont IBD doivent être IBS, mais pas vice versa parce qu'une condition homozygote peut être produite sans consanguinité dans la population d'ancêtres de base récente.

Le coefficient de consanguinité dépend du système d'accouplement et du degré de consanguinité de la génération précédente. L'autofécondation est la forme de consanguinité la plus sévère car elle atteint l'homozygotie plus rapidement que toute autre forme de consanguinité (accouplement entre frères et sœurs, accouplements entre frères et sœurs, etc.). L'autofécondation entraîne une réduction de 50 % d'hétérozygotie (augmentation de 50 % d'homozygotie) à chaque génération d'autofécondation. Dans le chapitre 4, Introduction sur la population et la génétique quantitative, la population d'accouplement aléatoire a été expliquée. Cependant, en cas d'autofécondation, le type de consanguinité le plus sévère, le résultat est différent. Si nous supposons une population avec P génotypes de A1A1, H génotypes de A1A2, et Q génotypes de A2A2 avec autofécondation complète dans la population, après une génération d'autofécondation P′=P + 0.25(H), H′=0.5H, et Q′=Q + 0.25H.

Par conséquent, après «m« générations d'autofécondation,

La fonction (1−0,5 m ) est appelé coefficient de consanguinité. La consanguinité provient de l'accouplement d'individus apparentés par descendance c'est à dire. , MICI. En conséquence de la consanguinité, l'homozygotie augmente conduisant à une expression négative dépressive de traits appelés dépression de consanguinité. La dépression de consanguinité peut être exprimée par :

Xo et Xi sont la moyenne de la population sans et avec consanguinité, respectivement p et q sont les fréquences alléliques dans les populations F est le coefficient de consanguinité (voir ci-dessus) et la déviation de dominance. L'estimation et l'expression de la dépression de consanguinité peuvent être calculées comme suit : XoXi en unités absolues, où Xo est la moyenne du trait sans consanguinité et Xi est la moyenne du caractère avec une quantité donnée de consanguinité F (0<F<1). La dépression de consanguinité est généralement rapportée en pourcentage : [(XoXi)/Xo]×100. Dans le cas d'autofécondation mixte et d'accouplement aléatoire, la probabilité d'accouplement aléatoire et la probabilité d'autofécondation doivent être prises en compte dans les calculs.

Le coefficient de consanguinité (F) pour l'autofécondation est calculé comme :

où F′ est le coefficient de consanguinité dans la génération précédente.

Les F-la valeur augmente à chaque génération d'autofécondation. Dans la population accouplé au hasard, le F-valeur est zéro, qui atteint un à mesure que l'hétérozygotie tend vers zéro. Les formes moins sévères de consanguinité comme les accouplements entre frères et sœurs nécessitent de nombreuses générations avant que le coefficient de consanguinité n'approche un ou une homozygotie complète. Chez le maïs (culture allogame), trois générations de fratries complètes équivalent à une génération d'autofécondation ( Stringfield, 1974 ).

Dans certaines cultures allogames, les effets néfastes de l'autofécondation continue (consanguinité) peuvent être si prononcés que de nombreuses lignées peuvent être perdues au cours du processus de consanguinité. Chez le maïs (maïs), la dépression de consanguinité est assez élevée. La toute première génération issue de l'autofécondation est inférieure à la variété corssbred ou à la variété à pollinisation libre tant par la taille des plants que par le rendement. Jones (1939) a rapporté les effets de la consanguinité continue dans le maïs pendant 30 générations. L'expérience a commencé en 1904. Des variations de nature générative ont été observées et ont provoqué l'extinction d'une des lignées originales. L'autofécondation a entraîné une réduction de 25 % de la taille qui a cessé après cinq générations. Le rendement a été réduit de 75 % entre 16 et 20 générations d'autofécondation (tableau 15.1). Après 20 générations d'autofécondation, les lignées consanguines sont apparues uniformes pour tous les caractères visibles et homozygotes pour tous les loci ayant un effet sur la vigueur hybride. Le croisement des lignées consanguines a redonné de la vigueur à la génération suivante.

Tableau 15.1 . Performance (rendement en boisseau/acre) de trois lignées consanguines isolées d'une variété à pollinisation libre et maintenues par autofécondation pendant 30 générations.

Génération d'auto-fécondationLigne 1–6Ligne 1–7Ligne 1–9
0818181
1–5645141
6–10453634
11–15383426
16–20222414
21–25202113
26–3024189

La variété parentale a donné environ 81 boisseaux par acre.

Après Jones, D.F., 1939. Continuation de la consanguinité dans le maïs. Génétique 24, 462-473.

Hypothèses génétiques pour la dépression de consanguinité

Les principales hypothèses génétiques pour la dépression de consanguinité comprennent l'hypothèse de dominance (mutations délétères récessives), la pseudo-surdominance (mutations délétères récessives dans le déséquilibre de liaison) ou la vraie surdominance (loci unique avec avantage hétérozygote). L'hypothèse de dominance indique que les allèles mutants nuisibles sont généralement récessifs et peuvent donc exister à de faibles fréquences dans les populations reproductrices. Etat. L'effet individuel des mutations légèrement délétères contribue à un effet insuffisant sur le phénotype, cependant, lorsqu'ils sont regroupés en génotypes homozygotes, l'effet est perceptible. La véritable théorie de la surdominance est également basée sur une considération de loci unique, dans laquelle les hétérozygotes ont une meilleure aptitude en raison d'allèles non similaires. L'argument de cette hypothèse est que les allèles surdominants sont maintenus en équilibrant la sélection, en maintenant les fréquences génétiques dans la population à un niveau intermédiaire même lorsque les homozygotes ont une faible fitness. Dans les régions méiotiques supprimées, ces mutations peuvent s'accumuler avec une moins bonne fitness (conditionnant la surdominance pour la région génomique). Pour les hypothèses de dominance et de pseudo-surdominance (mutationnelle), les fréquences d'homozygotes plus élevées pour les allèles mutants délétères récessifs chez les consanguins entraînent une moins bonne fitness par rapport aux non consanguins ou aux hybrides. L'explication de l'hypothèse de surdominance suggère que les individus consanguins ont une moins bonne fitness parce qu'ils sont moins hétérozygotes pour les deux allèles (A1/A2) que les non consanguins ou les hybrides. Dans ces hypothèses, l'hétérosis se produit en raison de la complémentation entre des allèles délétères non liés dans un génotype hybride. Selon l'hypothèse de la surdominance, si deux gènes sont liés en répulsion, chez chacun des deux parents homozygotes, la performance sera réduite cependant, dans un hybride entre ces mêmes parents, une surdominance sera observée. Brièvement, ces principales hypothèses sont présentées dans le tableau 15.2.

Tableau 15.2 . Hypothèses génétiques proposées pour la dépression de consanguinité et l'hétérosis.

Mutations délétères récessives (hypothèse de dominance)Mutations délétères récessives à des loci étroitement liés (hypothèse de pseudo-surdominance)Locus uniques avec avantage hétérozygote (vraie surdominance)
Locus uniqueLieux multiples
Génotypes parentaux
F1 génotypes et leur fitness par rapport aux parentsFitness intermédiaire (cependant, il est au-dessus de la moyenne parentale homozygotes montre une dépression de consanguinité)Haute forme physique (hétérosis en F1 dépression de consanguinité chez les homozygotes)Meilleure forme physique que les parentsHaute forme physique (hétérosis en F1 dépression de consanguinité chez les homozygotes)

Adapté de Charlesworth et Willis, 2009 . La génétique de la dépression de consanguinité. Révérend Nat Genet 10 (11), 783-796.

Les espèces végétales présentent des différences dans le degré de dépression de consanguinité. Parmi les cultures à pollinisation croisée, le maïs, le sorgho et le mil présentent une dépression de consanguinité modérée. Le déclin de la luzerne est plus sévère et les lignées n'ont pu être maintenues au-delà de la troisième génération autofécondée. La carotte se détériore également considérablement lors de la consanguinité. Cependant, l'oignon, le tournesol et le seigle sont assez tolérants à la consanguinité avec des conséquences minimes de la dépression de consanguinité. Les cucurbitacées sont monoïques et allogames, mais le déclin de vigueur par consanguinité est faible. En général, les cultures autogames sont très tolérantes à la dépression de consanguinité et la plupart des cas ne présentent aucune dépression de consanguinité.


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