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Quel est le meilleur contre les mutations génétiques ? Reproduction asexuée ou sexuée ?

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Sur le plan génétique, quel type de reproduction est le meilleur contre les mutations indésirables ? je comprends un peu Cliquet de Muller-dans lequel les organismes asexués accumulent un certain nombre de mutations délétères dans leurs génomes. Cependant, le processus de croisement et la diversité génétique correspondante chez les organismes à reproduction sexuée ne les rendent-ils pas plus sensibles à ces mutations ?


Les mutations peuvent être causées par bien plus que de simples événements de recombinaison - la fidélité à la polymérase, la réparation des dommages à l'ADN, même les facteurs environnementaux peuvent avoir un impact énorme sur les dommages à l'ADN. Alors que la plupart des ADN polymérases ont un taux d'erreur d'environ une mutation par milliard, il existe différents niveaux de fidélité entre les différentes polymérases (McCulloch et Kunkel, 2008).

Concernant la fidélité des événements de croisement/recombinaison, il est vrai que ces événements augmentent la probabilité d'une mutation mortelle ou préjudiciable. Cependant, la recombinaison n'est pas un processus aléatoire. Les points chauds de recombinaison sont des emplacements chromosomiques où le taux de recombinaison peut être des centaines de fois supérieur à celui d'autres emplacements. Ces hotspots sont généralement situés dans des emplacements "sûrs", pas au milieu d'un gène crucial, etc. Il existe également des enzymes recombinases spécifiques à certains sites de recombinaison.

Quant à "quelle est la meilleure", je ne pense pas que la réponse soit aussi simple qu'on pourrait le penser. Vous pourriez penser qu'un eucaryote à reproduction sexuelle avec une ADN polymérase très haute fidélité et des points chauds de recombinaison spécifiques et sûrs serait l'idéal. Cette situation est généralement ce que nous trouvons dans la nature, vous avez donc (probablement) raison. Cependant, à l'autre extrême, pensez à un virus*. Les virus ont beaucoup, beaucoup, beaucoup taux de mutation plus élevé que les eucaryotes - des ordres de grandeur plus élevés. C'est ainsi qu'un virus survit, dépassant essentiellement les défenses de l'hôte. Un taux élevé de mutation fonctionne pour un virus, et un faible taux de mutation fonctionne pour un eucaryote multicellulaire.

*Bien sûr, il y a toujours un débat pour savoir si les virus sont vivants ou non. Cependant, ils se reproduisent définitivement.


Vs asexuée. Reproduction sexuée

Il existe de nombreux organismes qui se reproduisent de manière asexuée ou sexuée. L'article suivant abordera certains points qui vous aideront à comprendre les différences entre ces deux stratégies de reproduction. Lisez la suite pour en savoir plus sur les avantages potentiels de ces stratégies pour différents organismes.

Il existe de nombreux organismes qui se reproduisent de manière asexuée ou sexuée. L'article suivant abordera certains points qui vous aideront à comprendre les différences entre ces deux stratégies de reproduction. Lisez la suite pour en savoir plus sur les avantages potentiels de ces stratégies pour différents organismes.

Le processus biologique qui contribue à donner naissance à de nouveaux organismes issus de leurs parents s'appelle la reproduction. Chaque organisme sur le monde survit parce qu'il a la capacité de se reproduire et de propager sa propre espèce. Il existe deux grandes catégories de reproduction. Ceux-ci incluent la reproduction asexuée et la reproduction sexuée. Ces deux méthodes sont utilisées par les plantes et les animaux pour assurer la survie de leur espèce. Examinons la reproduction asexuée par rapport à la reproduction sexuée et apprenons les différences entre les deux.

Qu'est-ce que la reproduction sexuelle?

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La reproduction sexuée est un processus qui se produit généralement dans la plupart des organismes complexes. Cette méthode implique la combinaison des informations génétiques des parents et la création d'un nouvel organisme qui est la combinaison des deux parents. La reproduction sexuée est un processus très complexe. Ici, l'organisme a besoin de produire des cellules sexuelles appelées gamètes. Ces gamètes contiennent la moitié du nombre de chromosomes contenant des informations relatives à toutes les autres cellules qui composent un organisme.

Les cellules subissent une méiose et produisent des cellules haploïdes (n). Ces cellules haploïdes contiennent une copie du génome transmis par les cellules diploïdes (2n). Les deux copies du chromosome unique se croisent et forment un tout nouveau chromosome. Ce nouveau chromosome contient une combinaison de gènes des deux chromosomes en tant qu'effet de croisement. Cela garantit que les informations génétiques des deux parents sont également transmises à la descendance. Le croisement garantit également que les gènes sains restent actifs dans une population donnée.

La reproduction sexuée n'a lieu qu'après l'accouplement mâle et femelle. Les mâles produisent des spermatozoïdes et les femelles ovules. Les gonades, c'est-à-dire les ovules et les spermatozoïdes, sont des cellules haploïdes. Lorsque le spermatozoïde féconde l'ovule, il donne naissance à une cellule diploïde contenant les informations génétiques des deux parents. La copie diploïde des gènes favorise l'évolution d'une espèce dominante avec moins de mutations et de défauts génétiques. Ainsi, la recombinaison des gènes est très importante pour masquer les traits récessifs dans l'organisme.

Il est possible d'observer la reproduction sexuée chez les plantes. Les angiospermes sont des plantes à fleurs qui contiennent des organes reproducteurs. Certaines fleurs peuvent être hermaphrodites, c'est-à-dire contenir à la fois des organes mâles et femelles. Peu de fleurs peuvent contenir un seul des sexes. Ces plantes à fleurs subissent une pollinisation où le pollen de l'étamine est transféré au stigmate. Ce pollen, comme un spermatozoïde chez les animaux, descend le long du style et féconde les ovules dans les ovaires. Cela forme un zygote qui subira une mitose et formera un embryon. Cet embryon se développe en une graine qui, lors de la germination, se transformera en une nouvelle plante.

Chez certains animaux, une fécondation externe a lieu. Ici, les gamètes se rencontrent à l'extérieur du corps des deux parents. Chez certains animaux, comme les reptiles et les oiseaux, une couverture dure se forme autour du zygote. C'est ce qu'on appelle un œuf ou une coquille et le zygote se développe à l'extérieur du corps de la femme. Certains animaux comme le kangourou ont une poche spéciale dans le corps, pour que l'embryon grandisse et se développe. Chez la plupart des animaux, l'embryon se développe dans l'utérus de la femelle.

Qu'est-ce que la reproduction asexuée ?

La reproduction asexuée est le processus où un seul parent est impliqué pour donner naissance à une progéniture. Cette descendance produite est totalement identique au parent dans sa constitution génétique. Il existe des organismes qui se reproduisent de manière asexuée comme des bactéries, des organismes multicellulaires comme des champignons et même des plantes. Les bactéries se divisent de manière asexuée par fission binaire. Les hydres et les levures se reproduisent par fission binaire. Cependant, ces organismes peuvent subir une reproduction sexuée.

Par exemple, les bactéries peuvent subir une conjugaison, l'hydre et la levure peuvent se reproduire sexuellement. Chez certains invertébrés, la parthénogenèse est le processus de reproduction. Cela signifie que la croissance de l'embryon ou de la graine peut avoir lieu sans fécondation par un mâle. Cela se voit chez certaines guêpes parasites, puces d'eau, pucerons, poissons et requins. La reproduction asexuée chez les plantes comprend de nombreux processus tels que :


Mutation

Les mutations sont des changements dans les allèles qui introduisent de nouvelles informations génétiques dans un groupe. Il existe deux types de mutations : héréditaires et acquises. Les mutations héréditaires sont celles héritées des parents et sont présentes dans la progéniture toute sa vie. Les mutations acquises (également appelées mutations somatiques) sont celles qui se produisent en raison de circonstances extérieures au cours de la vie de la progéniture. Ceux-ci sont généralement le résultat d'influences environnementales telles que l'exposition aux rayons ultraviolets ou aux produits chimiques. Certaines mutations sont facilement visibles. Celles-ci incluent des atrocités telles que les serpents à deux têtes, les moutons à cinq pattes, les grenouilles à six yeux, etc. De nombreuses autres mutations ne sont pas si évidentes. Un organisme qui est sensible à une certaine maladie, par exemple. Alors que les mutations introduiront de nouvelles caractéristiques dans une population, ces changements sont presque toujours nocifs et conduisent généralement à la mort d'une espèce, pas à une amélioration.


Variation génétique des géminivirus : comparaison entre les populations de plantes hôtes sexuées et asexuées

*Adresse actuelle : Centre de recherche écologique, Université de Kyoto, Kitashirakawa, Kyoto 606–8502, Japon.

Résumé

L'une des hypothèses les plus prometteuses pour l'évolution du sexe est que la reproduction sexuée est avantageuse car elle augmente le taux d'évolution adaptative en réponse aux parasites. Pour étudier cet avantage du sexe, nous avons comparé la variation génétique des géminivirus infectant les populations sexuées et asexuées de Eupatorium (Astéracées). La fréquence d'infection était de 37,5% dans la population sexuelle et de 87,8% dans la population asexuée. La fréquence d'infection plus faible dans la population sexuée pourrait être le résultat d'une plus grande diversité génétique des plantes hôtes. Si les géminivirus ont divergé pour contrer les systèmes de défense d'hôtes génétiquement variables, la diversité génétique des virus devrait être plus élevée dans les populations d'hôtes sexués que dans les populations d'hôtes asexués. Pour tester cette attente, nous avons utilisé l'analyse du polymorphisme de conformation simple brin (SSCP) pour examiner la diversité génétique des géminivirus dans une région d'ADN contenant le cadre de lecture ouvert (ORF) C4 gène, qui est connu pour fonctionner comme un déterminant de la gamme d'hôtes. Comme prévu, une plus grande diversité génétique des virus a été observée dans la population sexuée : trois types SSCP ont été trouvés dans la population asexuée tandis que six types ont été trouvés dans la population sexuée. Le séquençage des produits de la réaction en chaîne par polymérase (PCR) a révélé une plus grande diversité génétique. L'analyse phylogénétique des séquences a montré que les types SSCP appartenaient à quatre clades différents. Plusieurs types de SSCP du même clade ont été trouvés dans la population sexuée, alors que la population asexuée ne comprenait qu'un seul type de SSCP de chaque clade. Remplacements d'acides aminés de ORF C4 sont suggérées pour être accélérées dans la population sexuelle. Cette preuve soutient l'hypothèse que la reproduction sexuée est avantageuse comme défense contre les maladies épidémiques.


Quel est le meilleur contre les mutations génétiques ? Reproduction asexuée ou sexuée ? - La biologie

PARTIE III. BIOLOGIE MOLÉCULAIRE, DIVISION CELLULAIRE ET GÉNÉTIQUE

9. Division cellulaire—Prolifération et reproduction

La division cellulaire permet aux organismes de se reproduire de manière asexuée ou sexuée. Il y a des avantages et des inconvénients aux deux. La reproduction asexuée produit toujours des organismes génétiquement identiques au parent. Un seul organisme, séparé des autres de son espèce, peut encore se reproduire s'il peut se reproduire de manière asexuée. Les organismes qui ne peuvent se reproduire que sexuellement sont désavantagés, car ils ont besoin de deux organismes différents pour se reproduire. De plus, les populations à reproduction sexuée ont tendance à croître à un rythme beaucoup plus lent que les populations à reproduction asexuée. Cependant, les populations à reproduction asexuée pourraient être anéanties par une seule maladie ou un changement des conditions de vie, car les membres de la population sont génétiquement similaires.

La reproduction sexuée offre un avantage sur la reproduction asexuée. Les populations qui ont une grande diversité génétique ont plus de chances de survivre. Lorsque les conditions de vie changent ou qu'une maladie survient, certains membres de la population ont plus de chances de survivre si la population se compose de nombreux individus génétiquement différents.

L'une des raisons d'apprendre la méiose est de voir comment les événements de la méiose et de la fécondation créent une variation génétique au sein d'une population. Les cellules haploïdes de deux individus différents se combinent pour former de nouvelles combinaisons uniques d'informations génétiques. Chaque nouvel organisme, avec sa combinaison unique d'informations génétiques, peut être important pour la survie de l'espèce.

La diversité génétique dans une population est due aux différences dans les types de gènes présents dans les organismes individuels. Bien que tous les membres de la population possèdent les gènes des mêmes traits de base, l'information exacte codée dans les gènes peut varier d'un individu à l'autre. Un allèle est une version spécifique d'un gène. Des exemples d'allèles sont : le groupe sanguin A contre le groupe sanguin O, la peau foncée contre la peau claire, l'hémoglobine normale contre la drépanocytose et les lobes d'oreille attachés contre libres.

Cinq facteurs créent une diversité génétique dans la progéniture en créant soit de nouveaux allèles, soit de nouvelles combinaisons d'allèles : mutation, croisement, ségrégation, assortiment indépendant et fécondation.

Plusieurs types de mutations ont été abordés au chapitre 8 : les mutations ponctuelles et les aberrations chromosomiques. Dans les mutations ponctuelles, un changement dans un nucléotide d'ADN entraîne la production d'une protéine différente. Dans les aberrations chromosomiques, les gènes sont réarrangés. Les deux types de mutations peuvent créer de nouvelles protéines. Les deux types de mutations augmentent la diversité génétique en créant de nouveaux allèles.

Rappelons que les modifications épigénétiques de l'ADN et des histones peuvent également être transmises par la mitose et, dans certains cas, la méiose. Ceux-ci se traduisent par différentes formes d'expression génique affichées par détermination.

La deuxième source de variation est le croisement. Le croisement est l'échange de portions équivalentes d'ADN entre des chromosomes homologues, qui se produit pendant la prophase I tandis que les chromosomes homologues sont synapsés. Rappelez-vous qu'un chromosome est un double brin d'ADN. Pour casser les chromosomes et en échanger des morceaux, les liaisons entre les sucres et les phosphates sont rompues. Cela se fait à des emplacements comparables sur les deux chromatides, et les deux pièces changent de place. Après avoir changé de place, les deux morceaux d'ADN sont liés ensemble en reformant les liaisons entre le sucre et les molécules de phosphate.

Le croisement permet à de nouvelles combinaisons d'informations génétiques de se produire. Alors que les mutations introduisent de nouvelles informations génétiques dans la population, le croisement introduit de nouvelles combinaisons d'informations déjà existantes. Un organisme reçoit un ensemble d'informations génétiques de chacun de ses parents. Chaque gamète contient des chromosomes qui se sont croisés et contient donc certains des gènes du père et certains des gènes de la mère. En conséquence, les traits de la mère et du père peuvent être hérités sur un seul morceau d'ADN.

Examinez attentivement la figure 9.33 pour noter précisément ce qui se passe lors du croisement. Cette figure montre une paire de chromosomes homologues proches les uns des autres. Chaque gène occupe une place spécifique sur le chromosome, son locus. Les chromosomes homologues contiennent un ordre identique de gènes et les chromosomes peuvent contenir des milliers de gènes.

FIGURE 9.33. Synapsis et croisement

(a) Alors que des paires de chromosomes homologues sont en synapsis, (b) une partie d'une chromatide peut se rompre et être échangée contre une partie équivalente de sa chromatide homologue. (c) En conséquence, de nouvelles combinaisons d'informations génétiques sont créées.

Remarquez sur la figure 9.34 que, sans croisement, seuls deux types de gamètes génétiquement différents en résultent. Deux des quatre gamètes ont un type de chromosome, tandis que les deux autres ont l'autre type de chromosome. Avec le croisement, quatre gamètes génétiquement différents sont formés. Avec un seul croisement, le nombre de gamètes génétiquement différents est doublé.

FIGURE 9.34. Variations résultant du croisement

Les cellules avec des informations génétiques identiques sont encadrées ensemble. (a) Ces cellules résultent de la méiose sans croisement. Seuls deux types de cellules uniques ont été produits. Cellule de type 1 : diabète, couleur de peau foncée. Cellule de type 2—Insuline normale, couleur de peau claire. (b) Ces cellules avaient un croisement. D'un croisement, le nombre de gamètes génétiquement uniques a doublé, passant de deux à quatre. Type 1 : diabète, peau foncée. Type 2—Insuline normale, couleur de peau foncée. Type 3 : diabète, couleur de peau claire. Type 4—Insuline normale, peau claire.

En fait, le croisement peut se produire à un certain nombre de points sur un chromosome, c'est-à-dire qu'il peut y avoir plus d'un croisement par paire de chromosomes. Étant donné que le croisement peut se produire à presque n'importe quel point le long du chromosome, une grande variation est possible (figure 9.35).

FIGURE 9.35. Croisements multiples

Le croisement peut se produire plusieurs fois entre les chromatides d'une paire de chromosomes homologues.

Plus deux gènes sont proches l'un de l'autre sur un chromosome (c'est-à-dire plus ils sont étroitement liés), plus ils ont de chances de rester ensemble, car le risque de croisement entre eux est plus faible que s'ils étaient éloignés. Ainsi, il y a une forte probabilité qu'ils soient hérités ensemble. Plus deux gènes sont éloignés l'un de l'autre, plus il est probable qu'ils seront séparés lors du croisement. Ce fait permet aux biologistes de cartographier l'ordre des loci des gènes sur les chromosomes.

Rappelons que la ségrégation est le processus au cours duquel les allèles sur les chromosomes homologues se séparent au cours de la méiose I. Revoir la figure 9.34 l'allèle de l'insuline normale et l'allèle du diabète sont tous deux présents dans la cellule diploïde. Cependant, après la méiose, l'allèle normal de l'insuline et l'allèle du diabète sont séparés en cellules haploïdes séparées de l'autre allèle. La moitié des gamètes de cet individu porteraient des informations génétiques pour une insuline fonctionnelle normale. L'autre moitié des gamètes de l'individu porterait des informations génétiques sur l'insuline non fonctionnelle (diabète). Demandez-vous si le partenaire de cet individu avait la même constitution génétique. Si le partenaire avait également un gène normal pour la production d'insuline et un gène anormal pour le diabète, cette personne produirait également deux types de gamètes. En raison de la ségrégation, ce couple pouvait produire des enfants génétiquement différents d'eux. Si les deux parents apportaient un gamète porteur de diabète, leur enfant serait diabétique. D'autres combinaisons de gamètes aboutiraient à des enfants sans diabète. La ségrégation augmente la diversité génétique en permettant aux parents de produire des enfants génétiquement différents de leurs parents et de leurs frères et sœurs.

Assortiment indépendant

Jusqu'à présent, en discutant de la diversité génétique, nous n'avons traité que d'une seule paire de chromosomes. Voyons maintenant comment la variation génétique augmente lorsque nous ajoutons une deuxième paire de chromosomes. L'assortiment indépendant est la ségrégation des chromosomes homologues indépendamment de la ségrégation des autres paires homologues.

La figure 9.36 montre les chromosomes avec des caractéristiques pour la plante de petit pois. Les chromosomes porteurs d'allèles pour la couleur des fleurs (P = violet p = blanc) se séparent toujours les uns des autres. La deuxième paire de chromosomes contenant les informations relatives à la texture des graines se sépare également. Étant donné que le pôle vers lequel se déplace un chromosome individuel est déterminé au hasard, la moitié du temps, les chromosomes se divisent de sorte que le trait pour les fleurs violettes et le trait pour les graines rondes et lisses se déplacent dans une direction, tandis que le trait pour les fleurs blanches et le trait pour les fleurs ridées les graines se déplacent dans la direction opposée. Une alternative tout aussi probable est que le trait pour les fleurs violettes et le trait pour les graines ridées vont ensemble vers un pôle de la cellule, tandis que le trait pour les fleurs blanches et le trait pour les graines rondes et lisses vont vers l'autre pôle. Avec deux paires de chromosomes homologues, il existe quatre types possibles de cellules produites par assortiment indépendant pendant la méiose.

FIGURE 9.36. L'assortiment indépendant de paires de chromosomes homologues

L'orientation d'une paire de chromosomes sur le plan équatorial n'affecte pas l'orientation d'une autre paire de chromosomes. Notez que différents arrangements possibles de chromosomes peuvent être comparés sur les côtés gauche et droit de cette figure. La comparaison des ensembles de cellules résultant de chaque arrangement initial montrera les nouvelles combinaisons génétiques résultant d'un assortiment indépendant.

Avec trois paires de chromosomes homologues, il existe huit types possibles de cellules produites à la suite d'un assortiment indépendant. Le nombre de combinaisons chromosomiques possibles de gamètes est calculé en utilisant l'expression 2 n , où n est égal au nombre de paires de chromosomes. Avec trois paires de chromosomes, n est égal à 3, donc 2 n = 2 3 = 2 x 2 x 2 = 8. Avec 23 paires de chromosomes, comme dans les cellules humaines, 2 n = 2 23 = 8 388 608. Plus de 8 millions de types de spermatozoïdes ou d'ovules génétiquement différents sont possibles à partir d'un seul parent humain. Ce nombre ne tient pas compte des sources de variation supplémentaires possibles, telles que la mutation et le croisement. Ainsi, lorsque la variation génétique due à la mutation et au croisement est ajoutée, le nombre de gamètes différents devient incroyablement grand.

En raison du grand nombre de gamètes génétiquement différents résultant d'un assortiment, d'une ségrégation, d'une mutation et d'un croisement indépendants, un nombre incroyablement élevé de types de progéniture peut en résulter. Parce que les humains peuvent produire des millions de gamètes génétiquement différents, le nombre de types de progénitures possibles est infini à toutes fins pratiques, et chaque progéniture est unique, à l'exception des vrais jumeaux.

28. Quelle variation en raison d'un assortiment indépendant peut se produire dans les cellules avec les nombres diploïdes suivants : 2, 4, 6, 8 et 22 ?


Reproduction sexuée

La reproduction sexuée est la combinaison de cellules reproductrices (généralement haploïdes) de deux individus pour former une troisième progéniture unique (généralement diploïde). La reproduction sexuée produit une progéniture avec de nouvelles combinaisons de gènes. Cela peut être un avantage adaptatif dans des environnements instables ou imprévisibles. En tant qu'êtres humains, nous sommes habitués à considérer les animaux comme ayant deux sexes distincts – mâle et femelle – déterminés à la conception. Cependant, dans le règne animal, il existe de nombreuses variantes sur ce thème.


Discussion

Cette étude visait à évaluer si la sélection sexuelle peut, à un coût démographique relativement faible, agir pour éliminer les mutations qui nuisent à la valeur adaptative moyenne de la population. Pour que ce soit le cas, les mutations doivent d'une part être plus fortement sélectionnées chez les mâles que chez les femelles et d'autre part nuire à la fois au succès reproducteur des mâles et à la productivité globale de la population. Nous avons trouvé (i) que les mutations induites avaient de forts effets sur la fitness chez les mâles adultes mais pas chez les femelles adultes, et (ii) une corrélation positive entre le succès reproducteur mâle et la productivité dans les traitements irradiés, mais pas dans les traitements témoins, indiquant que de nouvelles mutations peuvent généralement avoir effets partagés sur le succès reproducteur des mâles et la productivité de la population chez les coléoptères des graines. Pris ensemble, nos résultats soutiennent la prédiction théorique selon laquelle la sélection sexuelle chez les mâles peut offrir un avantage évolutif à la reproduction sexuée en réduisant la charge de mutation à un faible coût démographique (Manning, 1984 Agrawal, 2001 Siller, 2001).

Nous avons induit des mutations via des mâles ou des femelles dans le F0 génération, et dans les deux cas, les estimations ponctuelles de la sélection contre les mutations étaient plus élevées chez les mâles (Fig. 2a). Ainsi, le biais potentiel des mâles dans la force de la sélection sexuelle contre de nouvelles mutations semble peu susceptible d'être dû à des mutations induites sur le chromosome Y. La pléiotropie mutationnelle positive entre la fitness mâle et la productivité de la population peut à elle seule compenser le double coût de la reproduction sexuée si l'intensité de la sélection sur les mâles est plus grande que sur les femelles et le taux de mutation délétère à l'échelle du génome est suffisamment élevé (Agrawal, 2001 Siller, 2001). En effet, malgré la force globale de la sélection contre les nouvelles mutations variant selon les antécédents génétiques, les estimations ponctuelles des coefficients de sélection étaient systématiquement deux à trois fois plus élevées chez les hommes que chez les femmes dans chaque arrière-plan génétique (Fig. 2b).

Il est important de noter que, comme nos tests mesuraient les effets sur le LRS compétitif adulte, ils ne donnent pas une image complète du biais sexuel dans la sélection agissant tout au long du cycle de vie. Par exemple, l'inclusion de facteurs écologiques et d'étapes de la vie qui invoquent la même intensité de sélection chez les mâles et les femelles pourrait réduire le biais sexuel global dans la sélection contre une nouvelle mutation avec des effets biaisés par les mâles sur le LRS compétitif. En effet, notre analyse de la survie des juvéniles n'a indiqué aucune différence significative de sélection entre les sexes (tableau S2). De plus, d'autres aspects écologiques de ces coléoptères qui n'étaient pas inclus dans nos estimations de sélection, tels que la recherche de partenaires plus approfondie chez les mâles et la recherche d'hôtes chez les femelles, pourraient affecter les différences de sexe dans la sélection contre de nouvelles mutations.

Des études antérieures sur l'effet de la sélection sexuelle sur l'adaptation ont atteint des résultats mitigés (examinés dans Whitlock & Agrawal, 2009), qui reflètent probablement la grande variété de techniques, de systèmes d'accouplement et d'histoires évolutives des populations expérimentales étudiées. Des exemples récents mettent en évidence une partie de cette complexité. Par exemple, Lumley et al. ( 2015 ) ont soumis des traitements de coléoptères de la farine à

50 générations d'évolution expérimentale à différentes intensités de sélection sexuelle, puis soumis des lignées répliquées à partir de ces traitements à une consanguinité monoparentale pleine fratrie. Les lignées issues de populations évoluant sous sélection sexuelle intense sur les mâles ont toléré une consanguinité soutenue pendant un plus grand nombre de générations par rapport à celles issues de populations évoluant sous monogamie forcée ou sélection sexuelle intense sur femelles. La tolérance à la consanguinité est indicative du niveau de charge de mutation (Charlesworth & Charlesworth, 1999 Charlesworth & Willis, 2009 ). Ainsi, Lumley et al. (2015) ont démontré qu'une sélection sexuelle améliorée chez les mâles réduisait la charge de mutations accumulées dans les populations.

En revanche, Chenoweth et al. (2015) ont étudié la fixation de polymorphismes nucléotidiques simples (SNP) à travers des populations maintenues sur 13 générations sous des traitements d'évolution expérimentaux variant dans la force de la sélection naturelle et sexuelle. Alors que jusqu'à 80 SNP ont montré des différences statistiquement significatives entre les traitements de sélection, seuls six SNP ont montré des réponses alignées à travers le traitement de sélection sexuelle et de sélection naturelle. De plus, pour 43 des 80 SNP, l'effet de la sélection sexuelle appliquée simultanément à la sélection naturelle était de s'opposer à la réponse observée lorsque la sélection naturelle était appliquée isolément. Ce dernier résultat implique que la sélection sexuelle a entravé l'adaptation et les auteurs ont fourni des preuves supplémentaires montrant que les mâles dirigeaient la parade nuptiale et le harcèlement de manière disproportionnée vers les femelles de haute qualité (une forme de conflit sexuel interlocus), offrant ainsi un avantage relatif aux femelles plus petites avec une fécondité plus faible (Chenoweth et al., 2015 ).

L'écart entre ces deux études marquantes récentes peut servir à illustrer les résultats opposés de la sélection sexuelle auxquels on peut s'attendre lorsque la sélection est autorisée à agir sur de plus longues périodes de temps pour cibler l'apport mutationnel en cours comme dans l'étude de Lumley et al. ( 2015 ), ou lorsqu'il agit sur la variation génétique permanente sur des périodes de temps plus courtes comme dans l'étude de Chenoweth et al. (2015), pour laquelle la sélection purificatrice s'est déjà ensuivie, et la variation génétique sexuellement antagoniste restante en combinaison avec le conflit sexuel interlocus est susceptible d'inonder les effets bénéfiques de la sélection sexuelle purificatrice (Whitlock & Agrawal, 2009).

En revanche, Almbro et Simmons ( 2014 ) ont récemment soutenu que la sélection sexuelle était efficace pour augmenter la valeur adaptative de la population en purgeant une charge de mutation induite par la RI (gamma) chez le bousier. Onthophage taureau. Cependant, les mutations induites n'ont eu aucun effet discernable sur la fécondité des femelles et n'ont affecté que les traits mâles mesurés. Sans surprise, le traitement de sélection sexuelle mis en œuvre a amélioré certains des traits de performance des mâles dans les générations suivantes, mais n'a eu aucun effet mesurable sur la façon dont la charge de mutation induite a affecté la fécondité féminine, suggérant une spécificité sexuelle prononcée des effets mutationnels.

La corrélation positive significative entre le succès reproducteur mâle et la productivité que nous rapportons ici est cohérente avec les mutations induites ayant des effets communs sur ces deux mesures dans notre population de coléoptères. Le fait que cette corrélation soit ≈0 dans le traitement témoin, ainsi que dans la population de base d'où proviennent les quatre fonds génétiques (D. Berger et al. 2016, en révision), réitère en outre la différence dans la spécificité du sexe des effets de fitness attendus pour les nouvelles mutations par rapport à la variation génétique permanente.

Néanmoins, deux points méritent une attention particulière. Premièrement, lorsqu'elle est estimée sur plusieurs mutations induites sur l'ensemble du génome, la corrélation entre le LRS mâle et la productivité de la population fournit une estimation quantitative de la directionnalité des effets mutationnels sur les deux variables en moyenne sur toutes les mutations. Dans notre étude, cette corrélation variait entre 0,21 (mâles irradiés) et 0,34 (femelles irradiées), indiquant que loin de toutes les mutations avaient des effets communs sur les deux variables. Comme nos estimations de F1 les moyennes des paires à partir desquelles nous avons calculé les corrélations étaient basées sur de faibles tailles d'échantillon, une erreur de mesure peut avoir fait tomber nos corrélations en dessous de l'unité. Cependant, il est peu probable que cela explique entièrement les faibles corrélations car, comme prévu, les corrélations correspondantes entre femelle Le LRS et la productivité pour les catégories d'hommes et de femmes irradiés étaient plus élevés (0,29 et 0,42, respectivement) que pour Masculin LRS (voir Résultats et Tableau S4). Cela implique que la sélection sexuelle sur les mâles a le potentiel de purger seulement une fraction de ces mutations avec des effets négatifs sur la productivité de la population dans C. maculatus. En effet, dans le cas extrême, la raison sous-jacente de l'observation d'une sélection plus forte chez les mâles pourrait être due à une sélection sexuelle agissant avec une efficacité particulière sur les mutations avec des effets largement limités aux mâles, ce qui réduirait considérablement les avantages de la sélection sexuelle au niveau de la population. Caractériser les intensités de sélection sur les allèles avec des effets de fitness limités au sexe versus sexuellement concordants reste donc un défi important pour comprendre le rôle de la sélection sexuelle dans la promotion de la fitness moyenne de la population, qui vient tout juste de commencer avec l'étude de la sélection sur des mutations isolées dans Drosophile (voir 1).

Deuxièmement, comme nous avons induit des mutations dans des lignées maintenues isolées tout au long des trois générations de l'expérience, il est possible qu'une corrélation positive entre F1 productivité et F2 LRS peut avoir été généré par la variation entre les familles dans le numéro des mutations plutôt que la variation des tailles d'effet des mutations avec des effets partagés sur les deux traits, une mise en garde qui s'applique généralement aux études induisant des charges de mutation pour étudier la sélection sexuelle (Whitlock & Agrawal, 2009). Les deux explications alternatives ne s'excluent pas mutuellement et nous ne pouvons exclure que ce second mécanisme puisse être en partie responsable de la corrélation positive observée. Si tel est le cas, cependant, cela impliquerait que notre F0 les individus variaient considérablement dans leur capacité à réparer les dommages à l'ADN dans chaque contexte génétique, puisque le nombre de DSB dans les cellules exposées à une dose donnée d'un type donné d'IR semble être relativement constant (Daly, 2012), et nous avons bloqué les différences globales parmi les antécédents génétiques lors de l'estimation des corrélations.

Un dernier détail de la conception de notre étude qui mérite d'être abordé est que notre F1 les mesures de productivité étaient significativement inférieures aux contrôles lorsqu'il était F0 les mâles qui ont été irradiés, mais pas lorsque F0 les femelles ont été irradiées (Figs 3 et S2). Cela pourrait indiquer un seuil inférieur pour le nombre de mutations tolérées/transmises par les gamètes femelles par rapport aux gamètes mâles (conformément aux différences de sexe en réponse à notre dose de 20 Gy, Fig. S1), de sorte que davantage de mutations nuisibles ont été filtrées. dans le F0 génération en entrant par les femelles, alors que les mutations plus préjudiciables entrant par les mâles ont été filtrées dans le F1 génération. Néanmoins, notre F2 LRS estimates did not differ significantly between sex-treated categories, rendering this detail of our findings inconsequential to our interpretations.

In summary, we have provided empirical support for the hypothesis that sexual selection has the potential to remove mutations that reduce population viability at a low demographic cost, by generating strong selection in males against mutations with shared effects on male reproductive success and population productivity. This finding is congruent with theoretical expectations and contributes to a growing body of literature aiming to evaluate the ability of sexual selection to counterbalance the two-fold cost of sex across a wide variety of study organisms.


Animal Reproduction

Reproduction (or procreation) is the biological process by which new &ldquooffspring&rdquo (individual organisms) are produced from their &ldquoparents. &rdquo It is a fundamental feature of all known life that each individual organism exists as the result of reproduction. Most importantly, reproduction is necessary for the survival of a species. The known methods of reproduction are broadly grouped into two main types: sexual and asexual.

In asexual reproduction, an individual can reproduce without involvement with another individual of that species. The division of a bacterial cell into two daughter cells is an example of asexual reproduction. This type of reproduction produces genetically-identical organisms (clones), whereas in sexual reproduction, the genetic material of two individuals combines to produce offspring that are genetically different from their parents.

During sexual reproduction, the male gamete (sperm) may be placed inside the female&rsquos body for internal fertilization, or the sperm and eggs may be released into the environment for external fertilization. Humans provide an example of the former, while seahorses provide an example of the latter. Following a mating dance, the female seahorse lays eggs in the male seahorse&rsquos abdominal brood pouch where they are fertilized. The eggs hatch and the offspring develop in the pouch for several weeks.

Figure (PageIndex<1>) : Sexual reproduction in seahorses: Female seahorses produce eggs for reproduction that are then fertilized by the male. Unlike almost all other animals, the male seahorse then gestates the young until birth.


3. Results

(a) Evolved sexual organisms have higher fitness and longer genomes

Sexual populations adapted significantly better to the environment, on average, than did asexual populations, as indicated by average fitness values after 100� updates (p=0.006 table 1 figure 2 une). Sexual populations also evolved larger genomes, on average, than asexual populations (pπ.001 table 1 figure 2 b), but this difference was strongly influenced by the fact that 35 sexual populations evolved genomes more than twice the ancestral length of 50, whereas only nine asexual populations did so. Similarly, there was more diversity in genome length within individual sexual populations (data not shown), probably caused by the larger changes in genomes allowed by recombination. The large genomes typically evolved via genome doublings that occurred when, owing to some mutation, the genetic program failed to detect that the genome had already been copied and repeated the site-by-site replication. Sexual reproduction in Avida evidently increased the chance of genome doubling, created more favourable genetic combinations in the larger genomes, or both. To preclude genome doublings from possibly biasing our analyses of genetic architecture, we reduced the dataset by excluding all populations with mean length greater than or equal to 100 (i.e. at least twice the ancestral length see electronic supplementary material). We also performed additional experiments in which we actively prevented genome doublings from occurring (see electronic supplementary material). In both cases, the resulting asexual populations had, on average, longer genomes than sexual ones, thus reversing the direction of potential bias. The alternative analyses also eliminated the significant fitness difference between sexual and asexual populations, with higher fitness shifting, albeit insignificantly, to the asexual populations. Importantly, all of the qualitative effects of reproductive mode on genetic architecture remained in the same direction and significant in all but one case, under both alternative analyses. Therefore, these architectural differences are robust with respect to differences in genome length between sexual and asexual organisms.

(une) Final distributions of average fitness and (b) genome length in sexual and asexual populations, respectively . Open sections show populations with average genome length greater than or equal to 100 instructions.

Tableau 1

Comparisons of properties between sexual and asexual evolved populations. (Les p-values are based on two-tailed t-tests.)

response variablemean sexual (±s.d.)mean asexual (±s.d.)p
log (fitness)5.762 (1.610)5.198 (1.228)0.006
log (genome length)2.022 (0.414)1.853 (0.114)π.001
physical modularity, PM0.824 (0.098)0.699 (0.073)π.001
functional modularity, FM0.838 (0.091)0.766 (0.079)π.001
average effect of single point mutations on fitness, α0.546 (0.292)0.768 (0.190)π.001
net directional epistasis, β0.929 (0.057)0.862 (0.088)π.001

(b) Evolved sexual organisms have more modular genomes

We performed all of the analyses of genetic architecture on a random sample of 10 viable organisms from each population at the end of the evolution run occasional non-viable genotypes were excluded. For each organism, we first deleted each genomic site (replacing it with an inert placeholder instruction) in order to construct GP maps these maps identify the set of sites required to express a particular trait (compute a logic operation). We used the independently evolved populations as the unit of replication in statistical comparisons, because organisms sampled from the same population inevitably share much of their ancestry.

Using the GP maps, we then calculated PM, which reflects the average distance between two sites encoding a particular trait, and FM, which captures the average overlap between sites encoding different traits. PM and FM can range from 0 to 1, with high PM values indicating that traits are encoded in compact regions of the genome and high FM values corresponding to low overlap between traits. Representative GP maps illustrate the difference in modularity between sexual and asexual organisms: sites encoding the various traits in sexual organisms tend to be more compact (shorter, more continuous vertical filled blocks) and less overlapping (shorter, fewer horizontal filled lines) than those in asexual organisms ( figure 1 ). We averaged PM and FM across organisms within a population, and then compared the populations with different reproductive modes. Over time, the genomes of sexual organisms became increasingly more physically modular than asexual ones ( figure 3 une), and this difference was highly significant at the end of the experiment (pπ.001 table 1 figure 3 b). The difference in PM remained highly significant when populations with genome length greater than or equal to 100 were excluded from the analysis (pπ.001 see electronic supplementary material). Similarly, sexual organisms evolved genomes with a significantly higher FM than asexual ones (pπ.001 table 1 , figure 3 c), a difference that also holds in the reduced dataset (p=0.002 see electronic supplementary material).

Genomic modularity of sexual and asexual organisms. (une) Trajectories of average physical modularity in evolving sexual (red) and asexual (blue) populations. Note the logarithmic time scale and that the first time-point represents 1000 updates. Error bars are standard errors of the mean. (b) Final distributions of physical modularity values. Open sections show populations with average genome length greater than or equal to 100 instructions. (c) Relationship between the final physical and functional modularity values. Each point represents a single independently evolved sexual (red) or asexual (blue) population.

(c) Mutational sensitivity and epistasis differ between sexual and asexual organisms

We further examined genetic architecture by quantifying the form and extent of epistasis in the same organisms used to assess modularity. For each organism, we made all possible one-step point mutants and obtained random samples of a million organisms carrying from 2 to 10 mutations for each mutant, we measured its fitness relative to its unmutated parent. We averaged relative fitness over the organisms in a mutational class from each population. We then used a power function, log W(m)=−αm β , to relate average mutant fitness, W, to the number of mutations, m. Here, α expresses the rate of change in average fitness expected if mutations acted independently, and β describes the overall form of epistasis. Si β=1, then mutational effects are on average multiplicative (no epistasis) if βρ, then additional mutations tend to reduce fitness less than expected from their individual effects (alleviating epistasis) and if βϡ, then additional mutations reduce fitness more than expected from their individual effects (aggravating epistasis).

Sexual populations became more robust, on average, to individual mutations than did asexual ones ( figure 4 ), with sexual organisms having significantly lower α valeurs (pπ.001 table 1 ). The predominant form of epistasis was alleviating in both sexual and asexual organisms (βρ based on t-tests, both pπ.001), although this directional epistasis was weaker in sexual organisms (pπ.001 table 1 ). The differences between sexual and asexual populations remained significant even when those with genome length greater than or equal to 100 were excluded (p=0.019 for α, pπ.001 for β see electronic supplementary material).

Average fitness as a function of the number of random point mutations in evolved (une) sexual and (b) asexual organisms. Dashed lines indicate the fitness decay functions expected under a multiplicative model of mutation interactions, using the corresponding average value for α and setting β=1. Solid curves are the decay functions based on average values for both α et β paramètres.


Sexual vs Asexual

Biologist today still finds “The evolution of sex” to be the biggest questions up for debate. Despite the obvious benefits, sexual reproduction poses more costly and inefficient means of reproduction. Asexual reproduction does not pose any costly means when reproducing nor does it have to combine its genetic material with another male or female. Asexual organisms have the ability to grow at twice the rate of sexual reproducing organisms. A sexually reproducing population must, in fact, produce both sexes, which leads to only 50% of them able to give birth on their own. Contrasting this with asexual reproducing populations, 100% of their offspring potentially can give birth. This analogy is called the two-fold cost. So the question remains, given the advantages of asexual reproduction, why do most organisms prefer reproducing sexually? The question presented had been called the paradox of sex. There are multiple mechanisms required to try to explain the emergence and maintenance of sexual reproduction. “Of the many explanations for the prevalence of recombination and sex that have been posed, a number of them are considered to be most likely”. (Kondrashov 1993). Muller’s Ratchet, adaptation to fluctuating environments and, an increase rate in adaptation might just be the answer to how sex evolved. Can these theories be good enough to outweigh the cost of sex? Or will it take a combination of all theories to solve the biggest mystery of all, sex?

Over the course of several years, evolutionists have tried to explain the actuality of sexual reproduction to promote genetic variability. However, this explanation is not only faulty but poses a few disadvantages as well. Sexual reproduction happens by the formation of g.

. roach by combing all three of these mechanisms might be required to fully balance the two-fold cost of sex. (West, Lively, Read) The mutation accumulation theory requires mutation rates to be high, (Kondrashov, 1993 Deleterious mutations and the evolution of sexual reproduction), each deleterious mutation will lead to a decrease in log fitness then the previous one, and population sizes have to be large for it to work properly. Even though some models may not be able to fully explain the two-fold cost of sex, it just might play an important role. A pluralistic approach helps “shift the emphasis of empirical work away from the search for discriminating prediction to parameter estimation”. This approach also “emphasizes environmental and mutational mechanisms interact synergistically in a number of ways and outweighs each other’s weaknesses”. (West, Livley, Read)



Commentaires:

  1. Dwyer

    Il y a quelque chose là-dedans et l'idée est bonne, je la soutiens.

  2. Kazrakus

    Je suis désolé, mais, à mon avis, ils avaient tort. Écrivez-moi dans PM, parlez.

  3. Gokinos

    Pindyk, je pleure juste))



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