Razlika med UPGMA in sosednjim pridružitvenim drevesom

The ključna razlika med UPGMA in sosednjim drevesom je vrsta filogenetskega drevesa, ki izhaja iz vsake metode. UPGMA je tehnika konstruiranja ukoreninjenega filogenetskega drevesa, sosednje drevo pa tehnika gradnje neukoreninjenega filogenetskega drevesa.

Filogenetska drevesa so drevesni diagrami, ki prikazujejo evolucijske odnose med organizmi. Filogenetsko drevo ima lahko različne topologije, odvisno od tehnike, ki se uporablja za gradnjo dreves. UPGMA in sosednje drevo sta dve glavni metodi, ki gradita filogenetska drevesa.

VSEBINA

1. Pregled in ključne razlike
2. Kaj je UPGMA 
3. Kaj je sosednje drevo
4. Podobnosti med UPGMA in sosednjim pridružitvenim drevesom
5. Primerjava drugega ob drugem - UPGMA proti sosednjem drevesu v tabeli
6. Povzetek

Kaj je UPGMA?

V bioinformatiki obstajajo različne tehnike grozdenja. UPGMA pomeni Metoda netehtane dvojne skupine in aritmetična sredina. Je metoda hierarhične združitve. Metodo sta uvedla Sokal in Michener. To je najhitrejša tehnika, ki razvije filogenetsko drevo. Nastalo filogenetsko drevo je zakoreninjeno filogenetsko drevo s skupnim prednikom.

Pri risanju filogenetskega drevesa po metodi UPGMA meni, da so stopnje evolucije enake za vse rodove. Tako je to pomembna predpostavka, narejena v UPGMA tehniki. Vendar je to tudi glavna pomanjkljivost tehnike, saj se med gradnjo drevesa ne upošteva hitrost mutacije. Namesto tega prevzame stopnjo mutacije kot konstanto. Nadalje se ta hipoteza imenuje "hipoteza o molekularni uri". Zato v resničnem kontekstu filogenetsko drevo, izdelano iz metode UPGMA, morda ni natančno in zanesljivo.

Slika 01: Filogenetsko drevo, sestavljeno iz UPGMA

Metoda UPGMA upošteva razdalje v paru, da nastane filogenetsko drevo. Sprva je vsaka vrsta grozd, dva taka grozda z najmanjšo evolucijsko razdaljo tvorita par. Zato je odvisno od matrike razdalje. Algoritmi izrazi igrajo glavno vlogo pri interpretaciji podatkov filogenetskega drevesa, narisanih po metodi UPGMA.

Kaj je sosednje drevo?

Sosednje pridružitveno drevo je še ena tehnika grozdenja, ki se uporablja za izdelavo filogenetskega drevesa. Naruya Saitou in Masatoshi Nei sta bila pionirja pri uvedbi metode. Tehnika ustvarja neko koreninsko drevo, za razliko od UPGMA. Poleg tega se skupina v tej metodi ne opira na ultrametrične razdalje. Vendar upošteva spreminjanje hitrosti evolucije pri gradnji filogenetskega drevesa. Tako obstajajo variacije dreves, narisane s to tehniko. Zato ta metoda uporablja posebne matematične algoritme za oceno teh sprememb.

Slika 02: Filogenetsko drevo, sestavljeno iz metode sosedstva

Pri gradnji dreves ta metoda upošteva razdalje med posameznimi rodovi posebej. Vsaka linija se pridruži novo zgrajenemu vozlišču na drevesu. Vsa ta vozlišča se pridružijo osrednjemu vozlišču. Zato je, ko se pojavi novo vozlišče, pomembna razdalja od osrednjega vozlišča do novega vozlišča in se izračuna z algoritmi. Ti algoritmični podatki odločajo o umestitvi novega vozlišča.

Kakšne so podobnosti med UPGMA in sosednjim pridružitvenim drevesom?

• Obe metodi uporabljata tehnike grozdenja pri gradnji filogenetskih dreves.
• Obe metodi zahtevata uporabo matematičnih algoritmov za razlago filogenetskega drevesa.
• Podatki o zaporedju DNK igrajo pomembno vlogo pri obeh metodah.
• Obe metodi imata za posledico metodo združevanja od spodaj navzgor.
• Poleg tega je analiza obeh nizov podatkov mogoča z obema tehnikama.
• Statistično analizo podatkov lahko uporabimo za obe vrsti dreves po metodi zagona.
• Oba igrata pomembno vlogo pri razvrščanju in identifikaciji organizmov.
• Poleg tega obe metodi zagotavljata podatke o evolucijskih odnosih organizmov.

Kakšna je razlika med UPGMA in sosednjim pridružitvenim drevesom?

Ključna razlika med UPGMA in sosednjim drevesom se opira na vrsto konstruiranega drevesa. Torej, UPGMA proizvaja zakoreninjeno drevo, medtem ko sosed, ki se pridruži drevesu, ustvari neko koreninsko drevo. Poleg tega je UPGMA manj zanesljiva metoda, sosednje drevo pa zanesljivejša metoda od UPGMA. Torej, to je še ena razlika med UPGMA in sosednjim drevesom.

Spodnja info-grafika povzema razliko med UPGMA in sosednjim drevesom.

Povzetek - UPGMA proti sosednjem pridružitvenemu drevesu

UPGMA in metode pridruževanja sosedu sta dve tehniki, ki sta pomembni med gradnjo filogenetskega drevesa. Medtem ko metoda UPGMA ne upošteva hitrosti evolucije, jo med sestavljanjem drevesa upošteva metoda soseda. Tako je kompleksnost in zanesljivost filogenetskega drevesa, ki izhaja iz metode NJ tree, velika. Vendar pa ni tako hitra kot metoda UPGMA. Poleg tega se ključna razlika med UPGMA in sosednjim drevesom zanaša na vrsto drevesa, ki izhaja iz vsake tehnike. UPGMA rezultira z ukoreninjenim filogenetskim drevesom, medtem ko sosednji način pridruževanja drevesu privede do nekega koreninskega filogenetskega drevesa.

Referenca:

1. Pavlopoulos, Georgios A et al. "Referenčni priročnik za analizo in vizualizacijo dreves." BioData Rudarstvo, BioMed Central, 22. februar 2010, na voljo tukaj.

Vljudnost slik:

1. "CCDC138 zakoreninjeno filogenično drevo" avtor Kokxx012 iz angleške Wikipedije (CC BY-SA 3.0) prek Commons Wikimedia
2. "Slika 5" PLOS ONE PHYLOGENY (CC BY 2.0) prek Flickr