Mutation dynamics and fitness effects followed in single cells
2018
Robert, Lydia | Ollion, Jean | Robert, Jérôme | Song, Xiaohu | Matic, Ivan | Elez, Marina | Laboratoire Jean Perrin (LJP) ; Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Paris Seine (IBPS) ; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) | MICrobiologie de l'ALImentation au Service de la Santé (MICALIS) ; Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-AgroParisTech | Robustesse et évolvabilité de la vie (U1001) ; Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM) | Université Sorbonne Paris Cité (USPC) | Université Paris Descartes - Faculté de Médecine (UPD5 Médecine) ; Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5) | Génomique métabolique (UMR 8030) ; Genoscope - Centre national de séquençage [Evry] (GENOSCOPE) ; Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)) ; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)) ; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) | ANR-14-CE09-0015,SingleCellMutation,Mesure des taux de mutations et des effets de mutations sur le fitness dans des cellules uniques, vivantes, en temps réel(2014)
Single-Cell Analysis
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Show more [+] Less [-]English. Mutations have been investigated for more than a century but remain difficult to observe directly in single cells, which limits the characterization of their dynamics and fitness effects. By combining microfluidics, time-lapse imaging, and a fluorescent tag of the mismatch repair system in Escherichia coli, we visualized the emergence of mutations in single cells, revealing Poissonian dynamics. Concomitantly, we tracked the growth and life span of single cells, accumulating ~20,000 mutations genome-wide over hundreds of generations. This analysis revealed that 1% of mutations were lethal; nonlethal mutations displayed a heavy-tailed distribution of fitness effects and were dominated by quasi-neutral mutations with an average cost of 0.3%. Our approach has enabled the investigation of single-cell individuality in mutation rate, mutation fitness costs, and mutation interactions.
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