Różnica między UPGMA a drzewem łączącym sąsiada

The kluczowa różnica między UPGMA a drzewem łączącym sąsiada jest typ drzewa filogenetycznego wynikający z każdej metody. UPGMA to technika konstruowania ukorzenionego drzewa filogenetycznego, podczas gdy sąsiadujące drzewo łączące to technika konstruowania nieukorzenionego drzewa filogenetycznego.

Drzewa filogenetyczne to diagramy przypominające drzewa, które pokazują ewolucyjne związki między organizmami. Drzewo filogenetyczne może mieć różne topologie w zależności od techniki zastosowanej do budowy drzewa. UPGMA i drzewo łączące sąsiada to dwie główne metody budowania drzew filogenetycznych.

ZAWARTOŚĆ

1. Przegląd i kluczowa różnica
2. Co to jest UPGMA 
3. Co to jest drzewo łączące sąsiada
4. Podobieństwa między UPGMA a drzewem łączącym sąsiada
5. Porównanie obok siebie - UPGMA kontra drzewo łączące sąsiada w formie tabeli
6. Podsumowanie

Co to jest UPGMA?

W bioinformatyce istnieją różne techniki grupowania. UPGMA oznacza Metoda grupy nieważonej pary i średnia arytmetyczna. Jest to hierarchiczna metoda grupowania. Metodę tę wprowadzili Sokal i Michener. Jest to najszybsza technika, która rozwija drzewo filogenetyczne. Powstałe drzewo filogenetyczne jest ukorzenionym drzewem filogenetycznym o wspólnym przodku.

Podczas rysowania drzewa filogenetycznego przy użyciu metody UPGMA bierze on pod uwagę prędkości ewolucyjne jako takie same dla wszystkich linii. Jest to zatem ważne założenie przyjęte w technice UPGMA. Jest to jednak także główna wada techniki, ponieważ częstość mutacji nie jest brana pod uwagę podczas budowy drzewa. Zamiast tego przyjmuje współczynnik mutacji jako stałą. Ponadto hipotezę tę określa się jako „hipotezę zegara molekularnego”. Dlatego w rzeczywistym kontekście drzewo filogenetyczne zbudowane metodą UPGMA może nie być dokładne i wiarygodne.

Ryc. 01: Drzewo filogenetyczne zaczerpnięte z UPGMA

Metoda UPGMA bierze pod uwagę odległości parami w celu uzyskania drzewa filogenetycznego. Początkowo każdy gatunek jest gromadą, a dwie takie gromady o najmniejszej odległości ewolucyjnej tworzą parę. Dlatego zależy to od macierzy odległości. Wyrażenia algorytmiczne odgrywają główną rolę w interpretacji danych drzewa filogenetycznego sporządzonego metodą UPGMA.

Co to jest drzewo łączące sąsiada?

Neighbor Joining Tree to kolejna technika klastrowania wykorzystywana do tworzenia drzewa filogenetycznego. Naruya Saitou i Masatoshi Nei byli pionierami we wprowadzaniu tej metody. Technika ta wytwarza nieukorzenione drzewo, w przeciwieństwie do UPGMA. Ponadto grupowanie w tej metodzie nie opiera się na odległościach ultradźwiękowych. Jednak bierze pod uwagę zmienność prędkości ewolucyjnych podczas konstruowania drzewa filogenetycznego. Istnieją zatem różnice w drzewach rysowanych przy użyciu tej techniki. Dlatego ta metoda wykorzystuje specjalne algorytmy matematyczne do oceny tych zmian.

Rycina 02: Drzewo filogenetyczne zaczerpnięte z metody łączenia sąsiadów

Podczas konstruowania drzew metoda ta uwzględnia odległości między każdą linią osobno. Każda linia dołącza do nowo zbudowanego węzła w drzewie. Wszystkie te węzły dołączają do węzła centralnego. Dlatego gdy pojawia się nowy węzeł, odległość od węzła centralnego do nowego węzła jest ważna i jest obliczana za pomocą algorytmów. Te dane algorytmiczne decydują o umiejscowieniu nowego węzła.

Jakie są podobieństwa między UPGMA a drzewem łączącym sąsiada?

• Obie metody wykorzystują techniki klastrowania podczas konstruowania drzew filogenetycznych.
• Ponadto obie metody wymagają zastosowania algorytmów matematycznych do interpretacji drzewa filogenetycznego.
• Dane sekwencji DNA odgrywają ważną rolę w obu metodach.
• Obie metody dają metodę grupowania od dołu do góry.
• Ponadto analiza dużych zestawów danych jest możliwa przy użyciu obu technik.
• Analizę danych statystycznych można zastosować dla obu rodzajów drzew przy użyciu metody ładowania początkowego.
• Oba odgrywają ważną rolę w klasyfikacji i identyfikacji organizmów.
• Ponadto obie metody dostarczają danych na temat ewolucyjnych związków organizmów.

Jaka jest różnica między UPGMA a drzewem łączącym sąsiada?

Kluczowa różnica między UPGMA a drzewem łączącym sąsiada zależy od typu zbudowanego drzewa. Tak więc UPGMA produkuje drzewo zrootowane, a drzewo łączące sąsiada wytwarza drzewo nieukorzenione. Ponadto UPGMA jest mniej niezawodną metodą, podczas gdy drzewo łączenia sąsiadów jest niezawodną metodą niż UPGMA. To kolejna różnica między UPGMA a drzewem łączącym sąsiada.

Poniższa grafika informacyjna podsumowuje różnicę między UPGMA a drzewem łączącym sąsiada.

Podsumowanie - UPGMA kontra drzewo dołączające do sąsiada

UPGMA i metody łączenia drzew sąsiada to dwie techniki, które są ważne podczas budowy drzewa filogenetycznego. Podczas gdy metoda UPGMA nie uwzględnia tempa ewolucji, metoda łączenia sąsiadów rozważa ją podczas budowy drzewa. Zatem złożoność i niezawodność drzewa filogenetycznego wynikająca z metody drzewa NJ jest wysoka. Jednak nie jest tak szybki jak metoda UPGMA. Co więcej, kluczowa różnica między UPGMA a drzewem łączącym sąsiada zależy od rodzaju drzewa wynikającego z każdej techniki. UPGMA powoduje ukorzenienie drzewa filogenetycznego, podczas gdy metoda łączenia drzewa przez sąsiada skutkuje nieukorzenionym drzewem filogenetycznym.

Odniesienie:

1. Pavlopoulos, Georgios A, i in. „Przewodnik odniesienia do analizy i wizualizacji drzew”. BioData Mining, BioMed Central, 22 lutego 2010 r., Dostępny tutaj.

Zdjęcie dzięki uprzejmości:

1. „Drzewo filogenezy zakorzenione w CCDC138” Autor: Kokxx012 z angielskiej Wikipedii (CC BY-SA 3.0) przez Commons Wikimedia
2. „Rysunek 5” według PLOS ONE PHYLOGENY (CC BY 2.0) przez Flickr