Η βασική διαφορά μεταξύ του UPGMA και του δέντρου σύνδεσης γειτόνων είναι ο τύπος του φυλογενετικού δέντρου που προκύπτει από κάθε μέθοδο. Το UPGMA είναι η τεχνική κατασκευής ενός ριζωμένου φυλογενετικού δέντρου, ενώ η ένωση γειτονικού δέντρου είναι η τεχνική κατασκευής ενός μη ριζωμένου φυλογενετικού δέντρου.
Τα φυλογενετικά δέντρα είναι διαγράμματα που μοιάζουν με δέντρα που δείχνουν τις εξελικτικές σχέσεις μεταξύ των οργανισμών. Ένα φυλογενετικό δέντρο μπορεί να έχει διαφορετικές τοπολογίες ανάλογα με την τεχνική που χρησιμοποιείται για την κατασκευή δέντρων. Το UPGMA και το δέντρο ένωσης γειτόνων είναι δύο κύριες μέθοδοι που δημιουργούν φυλογενετικά δέντρα.
Τι είναι το UPGMA;
Στη βιοπληροφορική, υπάρχουν διαφορετικές τεχνικές ομαδοποίησης. Το UPGMA σημαίνει Μέθοδος Ομάδας Μη σταθμισμένου ζεύγους και Αριθμητικός Μέσος. Είναι μια ιεραρχική μέθοδος ομαδοποίησης. Η μέθοδος εισήχθη από τους Sokal και Michener. Είναι η πιο γρήγορη τεχνική που αναπτύσσει ένα φυλογενετικό δέντρο. Το φυλογενετικό δέντρο που προκύπτει είναι ένα ριζωμένο φυλογενετικό δέντρο με κοινό πρόγονο.
Όταν σχεδιάζει ένα φυλογενετικό δέντρο χρησιμοποιώντας τη μέθοδο UPGMA, θεωρεί τους εξελικτικούς ρυθμούς ως ίδιους για όλες τις γενεαλογίες. Επομένως, αυτή είναι μια σημαντική υπόθεση που γίνεται στην τεχνική UPGMA. Ωστόσο, αυτό είναι και το κύριο μειονέκτημα της τεχνικής καθώς το ποσοστό μετάλλαξης δεν λαμβάνεται υπόψη κατά την κατασκευή του δέντρου. Αντίθετα, υποθέτει τον ρυθμό μετάλλαξης ως σταθερά. Επιπλέον, αυτή η υπόθεση ονομάζεται «υπόθεση μοριακού ρολογιού». Επομένως, στο πραγματικό πλαίσιο, το φυλογενετικό δέντρο που κατασκευάστηκε από μια μέθοδο UPGMA μπορεί να μην είναι ακριβές και αξιόπιστο.
Εικόνα 01: Ένα φυλογενετικό δέντρο που προέρχεται από το UPGMA
Η μέθοδος UPGMA λαμβάνει υπόψη τις αποστάσεις ανά ζεύγη για την παραγωγή ενός φυλογενετικού δέντρου. Αρχικά, κάθε είδος είναι ένα σύμπλεγμα και δύο τέτοια σμήνη με τη μικρότερη εξελικτική απόσταση σχηματίζουν ένα ζευγάρι. Επομένως, εξαρτάται από τον πίνακα απόστασης. Οι εκφράσεις αλγορίθμων παίζουν σημαντικό ρόλο στην ερμηνεία των δεδομένων ενός φυλογενετικού δέντρου που σχεδιάστηκε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο UPGMA.
Τι είναι το Neighbor Joining Tree;
Neighbor Joining Tree είναι μια άλλη τεχνική ομαδοποίησης που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ενός φυλογενετικού δέντρου. Οι Naruya Saitou και Masatoshi Nei ήταν οι πρωτοπόροι στην εισαγωγή της μεθόδου. Η τεχνική παράγει ένα δέντρο χωρίς ρίζες, σε αντίθεση με το UPGMA. Επιπλέον, η ομαδοποίηση σε αυτή τη μέθοδο δεν βασίζεται σε υπερμετρικές αποστάσεις. Ωστόσο, λαμβάνει υπόψη τη διακύμανση των εξελικτικών ρυθμών κατά την κατασκευή του φυλογενετικού δέντρου. Έτσι, υπάρχουν παραλλαγές στα δέντρα που σχεδιάζονται με αυτήν την τεχνική. Επομένως, αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί ειδικούς μαθηματικούς αλγόριθμους για την αξιολόγηση αυτών των παραλλαγών.
Εικόνα 02: Ένα φυλογενετικό δέντρο που προέρχεται από τη μέθοδο σύνδεσης γειτόνων
Κατά την κατασκευή των δέντρων, αυτή η μέθοδος λαμβάνει υπόψη τις αποστάσεις μεταξύ κάθε σειράς χωριστά. Κάθε γραμμή ενώνει τον πρόσφατα κατασκευασμένο κόμβο στο δέντρο. Όλοι αυτοί οι κόμβοι ενώνονται με τον κεντρικό κόμβο. Επομένως, όταν εμφανίζεται ένας νέος κόμβος, η απόσταση από τον κεντρικό κόμβο στον νέο κόμβο είναι σημαντική και υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τους αλγόριθμους. Αυτά τα αλγοριθμικά δεδομένα αποφασίζουν την τοποθέτηση του νέου κόμβου.
Ποιες είναι οι ομοιότητες μεταξύ του UPGMA και του Neighbor Joining Tree;
- Και οι δύο μέθοδοι χρησιμοποιούν τεχνικές ομαδοποίησης κατά την κατασκευή φυλογενετικών δέντρων.
- Επιπλέον, και οι δύο μέθοδοι απαιτούν τη χρήση μαθηματικών αλγορίθμων για την ερμηνεία του φυλογενετικού δέντρου.
- Τα δεδομένα αλληλουχίας DNA παίζουν σημαντικό ρόλο και στις δύο μεθόδους.
- Και οι δύο μέθοδοι καταλήγουν σε μια μέθοδο ομαδοποίησης από κάτω προς τα πάνω.
- Επιπλέον, η ανάλυση μεγάλων συνόλων δεδομένων είναι δυνατή χρησιμοποιώντας και τις δύο τεχνικές.
- Η στατιστική ανάλυση δεδομένων μπορεί να εφαρμοστεί και για τους δύο τύπους δέντρων χρησιμοποιώντας τη μέθοδο bootstrap.
- Και τα δύο παίζουν σημαντικό ρόλο στην ταξινόμηση και την αναγνώριση των οργανισμών.
- Επιπλέον, και οι δύο μέθοδοι παρέχουν δεδομένα για τις εξελικτικές σχέσεις των οργανισμών.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ UPGMA και Neighbor Joining Tree;
Η βασική διαφορά μεταξύ του UPGMA και του δέντρου σύνδεσης γειτόνων βασίζεται στον τύπο του δέντρου που κατασκευάστηκε. Έτσι, το UPGMA παράγει ένα δέντρο με ρίζες ενώ ο γείτονας που ενώνει δέντρο παράγει ένα δέντρο χωρίς ρίζες. Επιπλέον, η UPGMA είναι μια λιγότερο αξιόπιστη μέθοδος, ενώ η σύνδεση γειτονικού δέντρου είναι μια αξιόπιστη μέθοδος από την UPGMA. Επομένως, αυτή είναι μια άλλη διαφορά μεταξύ του UPGMA και του δέντρου σύνδεσης γειτόνων.
Το παρακάτω γραφικό πληροφοριών συνοψίζει τη διαφορά μεταξύ του UPGMA και του δέντρου σύνδεσης γειτόνων.
Σύνοψη – UPGMA vs Neighbor Joining Tree
Οι μέθοδοι UPGMA και γειτονικής ένωσης δέντρων είναι δύο τεχνικές που είναι σημαντικές κατά την κατασκευή ενός φυλογενετικού δέντρου. Ενώ η μέθοδος UPGMA δεν λαμβάνει υπόψη τον εξελικτικό ρυθμό, η μέθοδος γειτονικής ένωσης τον λαμβάνει υπόψη κατά την κατασκευή του δέντρου. Έτσι, η πολυπλοκότητα και η αξιοπιστία του φυλογενετικού δέντρου που προκύπτει από τη μέθοδο του δέντρου NJ είναι υψηλή. Ωστόσο, δεν είναι τόσο γρήγορη όσο η μέθοδος UPGMA. Επιπλέον, η βασική διαφορά μεταξύ του UPGMA και του δέντρου σύνδεσης γειτόνων βασίζεται στον τύπο του δέντρου που προκύπτει από κάθε τεχνική. Το UPGMA έχει ως αποτέλεσμα ένα ριζωμένο φυλογενετικό δέντρο, ενώ η μέθοδος σύνδεσης γειτονικού δέντρου οδηγεί σε ένα μη ριζωμένο φυλογενετικό δέντρο.
