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Analyse cytogénétique du complexe Anopheles gambiae
dans un village du Sud-Est du Burkina-Faso
V Robert, V Petrarca, P Carnevale, A Zoulani, M Coluzzi
To cite this version:
Article
original
Analyse
cytogénétique
du
complexe
Anopheles
gambiae
dans
unvillage
du
Sud-Est
du
Burkina-Faso*
V
Robert
V
Petrarca
2
P
Carnevale
1
A Zoulani
1
M
Coluzzi
2
antenne
ORSTOM du Centre Muraz, BP 171, Bobo-Dioulasso, Burkina Faso;Q
Università
di Roma, «La Sapienza», Istituto di Parassitologia Piazzale Aldo Moro 5, 00185 Roma, Italia(Reçu
le 4 janvier 1989; accepté le 20 décembre1989)
Résumé - L’analyse
cytogénétique
d’un échantillon du complexeAnopheles
gambiae,prélevé
dans le Sud-Est du Burkina-Faso, prouve que cette région est une zone de sympatrieentre A arabiensis et A
gambiae.
Aucunhybride
entre ces 2 espècesjumelles
n’a étéobservé sur 229 examens. Sur le plan
génétique
A arabiensis seprésente
comme uneespèce homogène
où les croisements sont aléatoires. Par contre, pourl’espèce
Agambiae
le déficit de certainsgénotypes
conduit à définir 2 formes chromosomiques, Agambiae
Moptiet A gambiae
Savane,
qui constituent deux populations caractérisées par un isolementreproductif partiel. La
fréquence d’hybrides
entre ces 2 formes chromosomiques dans l’échantillon est estimée à moins de 6%. Au sein de chacune de ces formes chromosomiques, les croisements sont aléatoires.L’hypothèse
de mécanismesprécopulatoires
d’isolement entre ces 2 populations est proposée.complexe Anopheles gam6iae
/
cytogénétique / équilibre d’Hardy-Weinberg/
AfriqueSummary - Cytogenetic analysis of the Anopheles gambiae complex in a
south-eastern village of the Burkina-Faso. The cytogenetic analysis
of
a sample of the Anopheles
gambiae
complexfrom
a villageof
south-eastern Burkina-Faso shows that A arabiensisand
A gambiae
are sympatric in this zone. Nohybrid
between these 2sibling
species was observed among 229 mosquitoes. Jbom a genetic pointof
view, A arabiensis appearsto be a panmictic population. On the contrary, in A
gambiae,
thedeficiency of
certaingenotypes enables 2 chromosomal forms to be defined, A
gambiae
Mopti and Aambiae
Savanna, which are characterized by partial reproductive isolation. The frequency
o!hybrids
between the 2 chromosomalforms
is evaluated at less than 6%.Cross-breedings
are randomwithin each
of these
chromosomalforms.
Thehypothesis
concerningprecopulatory isolating
mechanisms between those 2 populations issuggested.
Anopheles gambiae complex / cytogenetic / Hardy-Weinberg equilibrium / Africa
* Cette recherche
a bénéficié d’une aide financière du Programme spécial de recherche et de formation pour les maladies tropicales PNUD/Banque Mondiale/OMS et de la Commission des Communautés Européennes, DGXII.
**
INTRODUCTION
Le
complexe
Anopheles
gambiae
Giles 1902 estprobablement
leplus
étudié et leplus
finementanalysé
descomplexes d’espèces
d’intérêt médical. On savaitdepuis
les années 1940qu’Anopheles
garrabiae
sensu latoprésentait
unehétérogénéité
dansses
capacités
comme vecteur depaludisme
dans différentesparties
del’Afrique
(De
Meillon,
1956).
La découverte depopulations
à stadespréimaginaux
halophiles
surle pourtour de
l’Afrique
introduisait d’autres différences(Ribbands, 1944).
L’emploi
généralisé
d’insecticides lors des campagnes de lutteantipaludique
a suscité descomportements-réponses
très variables selon les localités(Davidson, 1956)
faisantsuspecter l’existence de taxons différents. C’est en 1962
qu’éclata
définitivementle taxon A
gambiae
s1 grâce
à la méthode des croisements avec des souches de référence(Davidson
etJackson,1962;
Davidson, 1962). À
la suite de cesdécouvertes,
des études de
morphologie
ont étéreprises
avec du matérielbiologique
identifiégénétiquement;
elles ont montré une similitudecomplète
entre les différentesespèces
sauf pour lesespèces halophiles
vis-à-vis desespèces dulcaquicoles
(Coluzzi, 1964)
ou pour certaines
populations marginales
(Chauvet
etal,
1969;
Zahar etal,
1970).
Latechnique
morphologique
classique
étaitinopérante
et latechnique mixiologique
nécessitait trop de temps; une nouvelletechnique
était nécessaire pour déterminer lesespèces
etanalyser
plus
avant leurs inter-relations.L’étude
cytogénétique
des chromosomespolyténiques
desglandes
salivaires duquatrième
stade larvaire(Frizzi
etHolstein,
1956)
et des cellulestrophocytaires
del’ovocyte
du stade deCristophers
III fin à IV début(Coluzzi, 1968)
s’est avérée laplus
performante
et s’estgénéralisée.
Ces étudeschromosomiques
ontpermis
de définir
cytotaxonomiquement
les différentesespèces
ducomplexe
Agambiae
(Coluzzi,
1966;
Coluzzi etSabatini,
1967, 1968, 1969;
Davidson etHunt,
1973).
Ces
espèces
sont au nombre de 6. Agambiae
sensu stricto(ancienne
espèce
A)
et A arabsensis(ancienne
espèce
B)
sont lesplus
anthropophiles
et les meilleurs vecteurs depaludisme,
de filariose de Bancroft et d’arbovirose. Engénéral,
Agambiae
domine en zone de forêt et de savane humide(Coz,
1973a). A
ambiens13est
plus zoophile
etplus exophile qu’A gambiae.
Ces 2espèces
sontsympatriques
dans la
quasi
totalité de la zoneafrotropicale
non méridionale. Aquadriannula-tus
(ancienne
espèce
C)
est strictementzoophile
et est rencontré enÉthiopie
etdans l’Est de
l’Afrique
méridionale. Les larves de ces 3espèces
vivent dans l’eaudouce,
contrairement à celles des trois suivantes. Les larves d’A bwambae(anci-enne
espèce
D)
vivent dans les sources d’eau minérale de la forêt de Semliki enOuganda
(White, 1985).
Les larves d’A melas et d’A merus vivent en eau saumâtrerespectivement
sur le littoral Ouest et Est del’Afrique.
Ces 3 dernièresespèces
sont
allopatriques
entre elles maissympatriques
à la fois avec Agambiae
et/ou
A arabierasis
(White, 1974).
Chacune de ces 6
espèces
est manifestementprotégée
par d’efficaces mécanismes d’isolementreproductif.
Ces mécanismes ne sont pas encore formellement identifiésmais certainement relatifs à des
composants
éthologiques,
agissant
avant la cop-ulation(Coluzzi
etal,
1985).
Bien que lapossibilité d’hybridation
existe dans de nombreuses zones desympatrie,
leshybrides
naturels entre ces 6espèces
sont trèsrares. Les
hybrides
obtenus par croisementsexpérimentaux
sont leplus
souventLes études effectuées au Burkina-Faso
(ex-Haute-Volta)
par Coz(1973
a etb)
ont démontréqu’A
garrabiae
et A arabiensis sontsympatriques
dans tout le payset que leur
fréquence
relative est fonction des conditionsclimatiques. A gambiae
domine dans lapartie
méridionale humide du pays, alorsqu’A
arabiensis est mieuxreprésenté
dans les steppes sahéliennes.Des études
plus
récentes portant sur lepolymorphisme
génétique
des membres de cecomplexe
en association avec un environnementanthropique,
ont eu pour cadre leNigeria
(Coluzzi
etal,
1979),
laSénégambie
(Bryan
etal,
1982;
Petrarca etal,
1987)
et le Mali(Touré
etal,
1983).
Il a été montré que l’étude des inversionschro-mosomiques
donnaitd’importantes
informations sur lepolymorphisme génétique
despopulations
naturelles ducomplexe.
Unepartie
del’hétérogénéité génétique
d’Agambiae
s s était liée à un processus despéciation
en cours dont les inversionschromosomiques
en constituait un excellent marqueur. C’est ainsiqu’ont
déjà
été définies 5 formeschromosomiques,
caractérisées par un isolementreproductif
aumoins
partiel,
nommées avec une nomenclature non linéenne:«Mopti», «Savane»,
«Bamako»,
«Bissau» et «Forêt»(Coluzzi
etal,
1985).
Des recherches
cytogénétiques
sur Agambiae
et A arabiensis ontdéjà
été conduites au Burkina Faso dans le Sud-Ouest(Robert
etal,
1989)
et dans le centre(Petraca
etal,
1986).
Aucune information n’estdisponible
sur leSud-Est,
c’estpourquoi
un échantillon d’Agambiae s
1 a étéprélevé
dans cetterégion
et a étéanalysé.
MATÉRIEL
ETMÉTHODES
La zone d’étudeLa récolte de
moustiques
a été faite àGagaré
(11°49’N, 00°13’E),
petit
village
dela
province
duGourma,
à 35 km au Sud de Fada N’Gourma. C’est une zone deplateaux
relativement secs recouverts de savane arborée de type soudanien. Ilpleut
en moyenne 900 mm d’eau par an
pendant l’unique
saisonpluvieuse
qui
dure dejuin
àseptembre.
Levillage
estimplanté
àproximité
d’un cours d’eautemporaire
bordé
d’une belle
galerie
forestière. Lors del’enquête,
la saison sèche étaitdéjà
installéeet il ne restait
plus,
dans le lit sableux des cours d’eau de larégion,
quequelques
flaques
résiduelles en voie d’assèchement mais encoreproductives
en Agambiae
s 1.Les habitants sont des Peuls sédentaires
qui
vivent de la culture du milpratiquée
autour de leurshabitations,
et del’élevage
(bovins,
ovins,
caprins
etvolailles).
Le bétail rentre tous les soirs pour dormir àproximité
immédiate des habitations.L’habitat est très
dispersé,
il est constitué par des hutteshémisphériques
à armature de
branchage
et à revêtement depaille
tressée. Ces huttescon-stituent d’excellents
gîtes
de repos diurnes pour lesmoustiques
enparticulier
pourA
gambiae
s LMéthode de
capture
La récolte au
pyrèthre
de la faune culicidienne intradomiciliaire a été effectuée entre15 h et 18
h,
du 18 au 20septembre
1984. La même dizaine demaisons,
réparties
surAinsi l’échantillon
prélevé possède
de bonnescaractéristiques
d’unité de lieu et detemps.
Les femelles
semi-gravides
d’Agambiae sl
ont été immédiatement triées etplongées
dans un fixateurcytologique:
leCarnoy
(3/4
alcooléthylique
absolu,
1/4
acideacétique
glacial).
Cesmoustiques
ont été conservés àtempérature
ambiantependant quelques jours
puis
placés
à -20 °C.Méthode
d’analyse génétique
Les chromosomes des cellules
trophocytaires
del’ovocyte
ont étépréférés
à ceux desglandes
salivaires duquatrième
stade larvaire car ils sontprésents
chez la femelleadulte,
sontplus
facilement accessibles et procurent unefréquence supérieure
depréparations
réussies. Latechnique
depréparation
des chromosomespolyténiques
a été celle de Hunt
(1973)
et leur lecture a été faite aumicroscope
à contrastede
phase
(figure 1)
avec la nomenclature de Coluzzi et al(1979).
Chacun des 3 chromosomes estdésigné
par un numéro. Le chromosome 1 estl’hétérochromosome;
il est
télocentrique.
Les chromosomes 2 et 3 sont autosomaux etsubmétacentriques.
Les bras de part et d’autre du centromère sont
désignés
par les lettres R ou Lpour
«right»
ou «left». Les inversions sontdésignées
par des lettres minusculessur
chaque
bras.L’arrangement
standard de référence est notée +. Ce mêmesymbole,
avec une notationparticulière,
peutdésigner
l’arrangement
standard d’une section du braschromosomique;
parexemple
2R+ndésigne
l’alternative standard de l’inversion a du bras droit du chromosome 2. L’ensemble de tous lesarrangements
alternatifs d’uneportion
de braschromosomique
constitue unsystème
d’inversion.Ces
arrangements
alternatifs sont d’autre part àl’origine
d’une série decaryotypes
exclusifs les uns des autres.Les
arrangements
chromosomiques
observés dans lapréparation
sont des inver-sionsparacentriques qui
sont soit fixées dans le taxon et utilisées dans ladiagnose
spécifique,
soitpolymorphiques
et utilisées dansl’analyse génétique.
L’accord entreles
fréquences
descaryotypes
observés et attendus selon la loid’Hardy-Weinberg
a été testé par un test de
x
2
.
Pour dessystèmes
d’inversion avec 2arrangements
alternatifs(1
degré
deliberté)
on aappliqué
la correction de Yateslorsqu’un
descaryotypes montrait un effectif attendu inférieur à 5. Dans le cas d’un nombre de
degré
de libertésupérieur
à1,
les classes dont les effectifs attendus étaient inférieurs à 1 ont été cumulées et le nombre desdegrés
de liberté a été modifié enconséquence
(Ayala
etKiger,
1984).
Les groupes d’individus pourlesquels l’équilibre
d’Hardy-Weinberg
s’est vérifié ont été considérés comme appartenant à unensem-ble
génétique homogène
dont le statut minimum est celui d’unepopulation.
Enrevanche,
si cettehypothèse
estrejetée,
l’existence deplus
d’une unitépanmictique
dans l’échantillon sera recherchée.Le
plus
souvent legénotype
d’un individu est directement déduit de sapréparation
chromosomique.
Toutefois,
unepartie
despolyhétérozygotes
ont la mêmeconfiguration cytologique
(par
exemple
bc/bd
etbcd/b)
et leur discrimina-tion n’a pastoujours
étépossible
avec l’étude de laséquence
des bandes sur les 2chromosomes
homologues appariés.
L’attribution degénotype
dans l’une ou l’autre des classes alternatives a été fondée sur lafréquence
relative descaryotypes
et desRÉSULTATS
Sur les 247 femelles
semi-gravides récoltées,
229(soit
92,7%)
ont fourni despréparations chromosomiques interprétables.
L’examencytomorphologique
duchro-mosome X a
permis
de reconnaître 138 A arabiensis(soit 60%)
et 91 Agambiae
Le
polymorphisme chromosomique d’Anopheles
arabiensis ObservationsLes inversions observées portent sur le bras 2R et 3R. Pour le bras
2R,
on observedes inversions dont la
position
autorise leurs classements en 3systèmes
(figure
2,
tableau
I):
2Ra: avec les
arrangements
+a
,
a etb f ;
2Rb: avec les
arrangements
+6
,
b, bc,
be etbf;
2Rd
l
:
avec lesarrangements
+dl
,
d
l
,
be etbf.
Pour le bras 3R on observe les
arrangements
alternatifs +a et a.Analyse
génétique
En utilisant ces
données,
on calcule selon le roid’Hardy-VVeinberg
les effectifs attendus des associationsd’arrangements chromosomiques
pourchaque
système
d’inversion. Leur
comparaison
avec les effectifs observés montre que pour lessystèmes 2Ra,
2Rb2Rd’
et3Ra,
les différences ne sont passignificatives
et sontcompatibles
avecl’hypothèse
de croisements aléatoires chez A arabiensisLe
polymorphisme
chromosomique
d’Agambiae
ObservationsLes inversions observées portent sur les bras 2R et 2L. Pour le bras 2R on observe
des inversions dont la
position
autorise leur classement en 2systèmes
(figure
2,
tableau
II):
2Rb: avec les
arrangements
+b
,
b etbc;
2Rd: avec les arrangements
+d
,
d et u.Un individu portant un
caryotype
2Rjbk
/
b ou 2Rjb/bk
a été aussiobservé,
mais en raison de sa
singularité
il n’a pas étécomptabilisé.
Pour le bras 2L on observe les
arrangements
alternatifs +a et a.Analyse génétique
Analyse globale
de la variabilitéchrornosomique
d’Agambiae
A
partir
de cesdonnées,
les effectifs attendus des associationsd’arrangements
chromosomiques
sont calculés pour lessystèmes
2Rb et 2Rd. La différence entreces effectifs et les effectifs observés est très
significative
pour lesystème 2Rb;
elle nel’est pas pour le
système
2Rd(tableau II).
L’hypothèse
selonlaquelle
les inversionsPrise en compte de l’existence de 2 unités
infraswécifiques
La
majorité
desgénotypes
a été déterminée sansambiguïté
mais un certain nombrede cas
prêtent
à discussion sur le braschromosomiques
2R:- le
triple
hétérozygote
bcu peutcorrespondre théoriquement
à 4 caryotypes:bcu/+,
bc/u, bu/c, b/cu.
Les 5 individus de ce type ont tous été attribués àbc/u.
En effet les arrangements bcu et cu ont été observésexceptionnellement
auBurkina-Faso,
l’arrangement
bu est rare et bcfréquent
dans notreéchantillon,
enfin pourquelques préparations particulièrement
réussies on a pu vérifier que les inversions b et c sontportées
par un même chromosome et que u est surl’autre;
- les
génotypes
bcd/b et/ou bc/bd
regroupent 13 individus. En fonction desproportions
desarrangements
b, bc,
bd et bcd et de la certitude de l’existence danscette
population
desgénotypes
bcd/bcd
etbd/b,
on a décidé d’en affecter 11 augénotype
bcd/b
et 2 augénotype
bc/bd;
- les 2 individustriple-hétérozygotes
pour les inversionsb,
c et d ont été classés dans legénotype
bcd/
+
.
Les autresgénotypes possibles
bcld, b/cd
etbd/c,
sontbeaucoup
moinsprobables,
surtout les 2derniers;
- le
génotype
bc/bu
a étépréféré
àbcu/b,
moinsprobable,
à cause de laplus
grande
fréquence
de bu par rapport à celle de bcu dans le reste du Burkina-Faso. En conformité avec les travaux de Touré et al(1983),
Coluzzi et al(1985),
Petrarca et al(1986)
et Robert et ad(1989)
on a défini des groupesd’arrangements
chromosomiques
pour tenter de retrouver des ensemblesgénétiquement homogènes
à un niveauinfraspécifique.
Les 90 Agambiae
de notre échantillon ont étérépartis
enfonction de leurs
arrangements parmi
2 formeschromosomiques:
la forme «Savane» »caractérisée par l’inversion b et la forme
« Mopti
caractérisée par les inversions bc et u(tableau III).
Le
génotype
standard+
/
+
peut être considéré commeappartenant
soit à la forme Savane soit à la formeMopti.
Les 3 individus de cegénotype
ont étérépartis
en
proportion
des effectifs desformes,
soit 2 Savane et 1Mopti.
Finalement l’échantillon
comprend
50 individus(soit 55,6%)
attribués à la formeSavane,
33(soit 36,7%)
à la formeMopti
et seulement 7(soit 7,8%)
restent nonattribués. Parmi ces 7 non classés les 4
bc/b
et les 2bc/bd
sont àinterpréter
commedes
hybrides
issus de croisements entre les 2 formeschromosomiques.
L’hypothèse
de lapanmixie
au sein dechaque
formechromosomique
a été testéesur les
systèmes
2Rb et 2Rd. Pour les 2 formes et pour les 2systèmes
on acalculé la
fréquence
desarrangements
chromosomiques puis
les effectifs attendus des différentsarrangements.
Lacomparaison
des effectifs observés et des effectifs attendus(tableau IV)
n’a pas mis en évidence de différence motivant unrejet
del’hypothèse
de croisements aléatoires à l’intérieur dechaque
formeprise
isolément.Chaque
formechromosomique correspond
donc à une véritable unitégénétique
superposable
à une entitétaxonomique.
DISCUSSION
Le
village
deGagaré
dans le Sud-Est burkinabé est une zone desympatrie
pourLa
fréquence
relativement élevée d’A arabiensis dans notre échantillon estprobablement
consécutive à laprésence
nocturne de bovins dans levillage
et à la date duprélèvement
en début de saisonsèche,
à un moment où les densités relatives de cetteespèce
sont souvent élevées(Rishikesh
etal,
1985).
Parmi les A
gambiae
2 formeschromosomiques
sont observées: Savane etMopti.
A
gambiae
Savane,
par l’existence d’unpolymorphisme
2Rb/bcd,
est àrapprocher
des Agambiae
Savane duNigeria
(Coluzzi
etal,
1979;
Di Deco etal,
1980).
Au Burkina-Faso central et occidental(Petrarca
etal,
1986);
Robert etal,
1989)
et auSénégal
(Petrarca
etal,
1987),
cette formechromosomique
est surtout caractérisée parl’arrangement
2Rb avec une faiblefréquence
de+b
.
Selon Coluzzi et al(1985,
article où une discussionapprofondie
porte sur les formeschromosomiques
d’Agam-biae),
au Mali et en Guinée lespopulations
d’Agambiae
Savane sont différenciées de celles du BurkinarFaso par laprésence
supplémentaire
desarrangements
2R bcuet 2Rcu. La forme
Mopti
d’Agambiae, typique
du delta intérieur du fleuveNiger,
est caractérisée par le
polymorphisme
2Rbc/u.
Cette forme semble avoir une aireBurkina-Faso. La
fréquence
relative de l’inversion 2Ru par rapport à l’inversion 2Rbc esttoutefois
beaucoup plus
élevée àGagaré
(78%)
que dans le Sud-Ouest du Burkina-Faso(12%)
et le Sud duMali,
mais ceci peut être dû au fait que notre échantillona été
prélevé
en début de saison sèche c’est-à-dire à unepériode
de l’année où lafréquence
de 2Rbc est élevée et où celle de 2Ru estbasse;
l’observation des varia-tions saisonnières etadaptatives
desfréquences
de cesarrangements
est voisine de celle deDobzhansky
(1943)
surDrosophila pseudoobscura. L’arrangement
2La est fixé chezMopti
et presque fixé chez Savane où seulement 2 caryotypes 2L+a
/a
associés chacun à2Rb/b
ont été observés.La
position
au rangd’espèce
d’A arabiensis et d’Agambiae
est désormais bien établie(Coluzzi
etal,
1979).
Enrevanche,
laposition taxonomique
d’Agambiae
Savane et d’Agambiae Mopti
reste àdéterminer;
elle est nécessairementinfraspécifique
à cause d’unefréquence
d’hybride
nonnégligeable.
Pour
expliquer
cesdegrés
différents d’isolementgénétique
onpeut
avancerl’hypothèse
de l’existence de barrièresprécopulatrices
fortes entre A arabiensis etA
gambsae
et moins fortes entre Agambiae
Savane et Agarrcbiae Mopti
(Coluzzi
etal,
1985).
Nous sommes convaincus que c’estl’hypothèse
à retenir bien que les mécanismes de ces isolementsreproductifs
précopulatoires
soient encore à élucider.Le
comportement
particulier
des membres de cecomplexe
dans leurs relationsavec
l’homme,
donc dans la transmission dupaludisme,
renforce la nécessité deREMERCIEMENTS
Les auteurs remercient Monsieur J
Feingold
et les 2 lecteurs anonymes pour lesaméliorations
qu’ils
ontapportées
au manuscrit.RÉFÉRENCES
Ayala
J, Kiger
JA Jr(1984)
Modern Genetics. TheBenjamin/Cummings
Publishing
Company
Bryan JH,
Di DecoMA,
PetrarcaV,
Coluzzi M(1982)
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Cytogenetic
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merus andAno
P
heles
melas,
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