单个细菌表型组分的统计性质与动力学

细胞表型由不同组分表征，如细胞大小、蛋白质含量和细胞周期时间。这些是全局变量，是多内部微观过程的结果。相应地，它们展现出一些普适统计性质和标度关系，如分布塌缩和矩之间的关系。细胞大小统计及其与生长和分裂的关系大多与蛋白质和其他细胞变量分开研究。这里我们呈现实验和理论分析，在统一框架中揭示这些表型组分在细胞内的相关性和相互作用。我们测量了数十代单细胞中这些组分，量化其相关性，并比较群体统计与时间统计。我们发现细胞大小和高度表达蛋白质在生长和分裂周期中具有非常相似的动力学，导致平行的统计性质，既普适又个体特异。特别地，虽然沿时间的波动分布形状对所有细胞和组分共同，其他性质可变并在单个细胞中保持区分达惊人多代。这些包括细胞大小和蛋白质含量的时间平均，以及它们自相关函数的结构。我们探索不同组分在控制细胞生长和分裂中的可能作用。我们发现为了跨代稳定所有组分的指数积累和分裂，需要它们之间的耦合动力学。最后，我们将细胞周期内的有效耦合与连续周期间的现象学映射结合，表明该模型重现了全部实验观察。