Abstract Important clues about natural selection can be gleaned from discrepancies between the properties of segregating genetic variants and of mutations accumulated experimentally under minimal selection, provided the mutational process is the same in the lab as in nature. The ratio of transitions to transversions (Ts/Tv) is consistently lower in C. elegans mutation accumulation (MA) experiments than in nature, which has been argued to be in part due to increased oxidative stress in the lab environment. Using whole-genome sequence data from a set of C. elegans MA lines carrying a mutation ( mev-1 ) that increases the cellular titer of reactive oxygen species (ROS), leading to increased endogenous oxidative stress, we find that the base-substitution spectrum is similar between mev-1 lines, its wild-type progenitor (N2), and another set of MA lines derived from a different wild strain (PB306). By contrast, the rate of short insertions is greater in the mev-1 lines, consistent with studies in other organisms in which environmental stress led to an increase in the rate of insertion-deletion mutations. Further, the mutational properties of mononucleotide repeats in all strains are qualitatively different from those of non-mononucleotide sequence, both for indels and base-substitutions, and whereas the non-mononucleotide spectra are fairly similar between MA lines and wild isolates, the mononucleotide spectra are very different. The discrepancy in mutational spectra between lab MA experiments and natural variation is likely due to a consistent (but unknown) effect of the lab environment that manifests itself via different modes of mutability and/or repair at mononucleotide loci.

Abstract The distribution of fitness effects (DFE) of new mutations plays a central role in evolutionary biology. Estimates of the DFE from experimental Mutation Accumulation (MA) lines are compromised by the complete linkage disequilibrium (LD) between mutations in different lines. To reduce LD, we constructed two sets of recombinant inbred lines from a cross of two C. elegans MA lines. One set of lines (“RIAILs”) was intercrossed for ten generations prior to ten generations of selfing; the second set of lines (“RILs”) omitted the intercrossing. Residual LD in the RIAILs is much less than in the RILs, which affects the inferred DFE when the sets of lines are analyzed separately. The best-fit model estimated from all lines (RIAILs + RILs) infers a large fraction of mutations with positive effects (∼40%); models that constrain mutations to have negative effects fit much worse. The conclusion is the same using only the RILs. For the RIAILs, however, models that constrain mutations to have negative effects fit nearly as well as models that allow positive effects. When mutations in high LD are pooled into haplotypes, the inferred DFE becomes increasingly negative-skewed and leptokurtic. We conclude that the conventional wisdom - most mutations have effects near zero, a handful of mutations have effects that are substantially negative and mutations with positive effects are very rare – is likely correct, and that unless it can be shown otherwise, estimates of the DFE that infer a substantial fraction of mutations with positive effects are likely confounded by LD.

Abstract C. elegans strains with the heat-sensitive mortal germline (Mrt) phenotype become progressively sterile over the course of a few tens of generations when maintained at temperatures near the upper range of C. elegans ’ tolerance. Mrt is transgenerationally-heritable, and proximately under epigenetic control. Previous studies have suggested that Mrt presents a relatively large mutational target, and that Mrt is not uncommon in natural populations of C. elegans . The Mrt phenotype is not monolithic. Some strains exhibit a strong Mrt phenotype, in which individuals invariably become sterile over a few generations, whereas other strains show a weaker (less penetrant) phenotype in which the onset of sterility is slower and more stochastic. We present results in which we (1) quantify the rate of mutation to the Mrt phenotype, and (2) quantify the frequency of Mrt in a collection of 95 wild isolates. Over the course of ~16,000 meioses, we detected one mutation to a strong Mrt phenotype, resulting in a point estimate of the mutation rate U Mrt ≈ 6×10 −5 /genome/generation. We detected no mutations to a weak Mrt phenotype. 6/95 wild isolates have a strong Mrt phenotype, and although quantification of the weak Mrt phenotype is inexact, the weak Mrt phenotype is not rare in nature. We estimate a strength of selection against mutations conferring the strong Mrt phenotype , similar to selection against mutations affecting competitive fitness. The appreciable frequency of weak Mrt variants in nature combined with the low mutation rate suggests that Mrt may be maintained by balancing selection.