Διαφορά μεταξύ UPGMA και Δέντρου Σύνδεσης Γείτονα

Η κύρια διαφορά  μεταξύ του UPGMA και του δέντρου σύνδεσης γείτονα είναι ότι το UPGMA είναι α σύνδεση ιεραρχική μέθοδος ομαδοποίησης που βασίζεται στη μέθοδο μέσης σύνδεσης ενώ γειτονική σύνδεση Το  το δέντρο είναι μια επαναληπτική μέθοδος ομαδοποίησης που βασίζεται στο κριτήριο ελάχιστης εξέλιξης. Επιπλέον, το UPGMA παράγει ένα φυλογενετικό δέντρο με ρίζες, ενώ η μέθοδος του δέντρου γειτονικής ένωσης παράγει ένα φυλογενετικό δέντρο χωρίς ρίζες. Δεδομένου ότι η μέθοδος UPGMA υποθέτει ίσους ρυθμούς εξέλιξης, οι άκρες των κλαδιών βγαίνουν ίσες, ενώ καθώς η μέθοδος του δέντρου γειτονικής ένωσης επιτρέπει άνισους ρυθμούς εξέλιξης, τα μήκη των κλαδιών είναι ανάλογα με το μέγεθος της αλλαγής.

Το

UPGMA (μέθοδος ομάδας μη σταθμισμένων ζευγών με αριθμητικό μέσο όρο) και δέντρο σύνδεσης γειτόνων (NJ) είναι οι δύο τύποι αλγορίθμων που δημιουργούν φυλογενετικά δέντρα από έναν πίνακα απόστασης. Γενικά, η UPGMA είναι μια απλή, γρήγορη αλλά αναξιόπιστη μέθοδος, ενώ η μέθοδος γειτονικών δέντρων είναι μια σχετικά γρήγορη μέθοδος, που δίνει καλύτερα αποτελέσματα σε σύγκριση με τη μέθοδο UPGMA.

Βασικές περιοχές που καλύπτονται 

1. Τι είναι το UPGMA
     – Ορισμός, Μέθοδος, Σημασία
2. Τι είναι το δέντρο σύνδεσης του γείτονα
     – Ορισμός, Μέθοδος, Σημασία
3. Ποιες είναι οι ομοιότητες μεταξύ του UPGMA και του Neighbor Joining Tree
     – Περίληψη κοινών χαρακτηριστικών
4. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ UPGMA και Neighbor Joining Tree
     – Σύγκριση βασικών διαφορών

Βασικοί όροι 

Μέθοδοι ομαδοποίησης συσσωματώσεων, πίνακας αποστάσεων, δέντρο γειτονικής ένωσης, φυλογενετικό δέντρο

Τι είναι το UPGMA 

UPGMA (μέθοδος ομάδας μη σταθμισμένων ζευγών με αριθμητικό μέσο όρο) είναι μια απλή, συγκεντρωτική, ιεραρχική μέθοδος ομαδοποίησης που αποδίδεται στους Sokal και Michener. Είναι η απλούστερη και ταχύτερη μέθοδος για την κατασκευή ενός ριζωμένου και υπερμετρικού φυλογενετικού δέντρου. Ωστόσο, το κύριο μειονέκτημα της μεθόδου είναι η παραδοχή του ίδιου εξελικτικού ρυθμού σε όλες τις γενεές. Αυτό σημαίνει ότι ο ρυθμός μεταλλάξεων σε αυτές τις σειρές είναι σταθερός με την πάροδο του χρόνου. Αυτό ονομάζεται επίσης «υπόθεση μοριακού ρολογιού». Επιπλέον, παράγει όλα τα κλαδιά του δέντρου με παρόμοιες αποστάσεις. Ωστόσο, καθώς είναι δύσκολο να έχουμε τον ίδιο ρυθμό μετάλλαξης για όλες τις σειρές, στην πραγματικότητα, η μέθοδος UPGMA δημιουργεί συχνότερα αναξιόπιστες τοπολογίες δέντρων.

Εικόνα 1:Μέθοδος UPGMA

Επιπλέον, η μέθοδος UPGMA ξεκινά με έναν πίνακα αποστάσεων κατά ζεύγη. Αρχικά, υποθέτει ότι κάθε είδος είναι ένα σύμπλεγμα από μόνο του. Στη συνέχεια, ενώνει τα δύο πλησιέστερα συμπλέγματα με τη μικρότερη τιμή απόστασης στον πίνακα απόστασης. Επιπλέον, υπολογίζει εκ νέου την απόσταση του συνδυαστικού ζεύγους παίρνοντας τον μέσο όρο. Στη συνέχεια, ο αλγόριθμος επαναλαμβάνει τη διαδικασία μέχρι να συνδεθούν όλα τα είδη σε ένα ενιαίο σύμπλεγμα.

Τι είναι το Neighbor Joining Tree 

Η μέθοδος δέντρων γειτονικής ένωσης (NJ) είναι η πιο πρόσφατη μέθοδος συσσωματωτικής ομαδοποίησης που χρησιμοποιείται για την κατασκευή φυλογενετικών δέντρων. Αναπτύχθηκε από τους Naruya Saitou και Masatoshi Nei το 1987. Ωστόσο, δημιουργεί ένα μη ριζωμένο φυλογενετικό δέντρο. Επιπλέον, δεν απαιτεί υπερμετρικές αποστάσεις και χρησιμοποιεί τη μέθοδο αποσύνθεσης αστεριών. Επιπλέον, ο αλγόριθμος του δέντρου γειτονικής ένωσης προσαρμόζεται για τη διακύμανση των εξελικτικών ρυθμών των γενεαλογικών γραμμών. Επομένως, ξεκινά με ένα άλυτο δέντρο που μοιάζει με αστέρι.

Εικόνα 2:Κατασκευή δέντρων που ενώνονται με γείτονες

Επιπλέον, στη μέθοδο του δέντρου γειτονικής ένωσης, ο πίνακας Q υπολογίζεται με βάση τις τρέχουσες αποστάσεις. Στη συνέχεια, επιλέγει το ζεύγος των γραμμών με τη χαμηλότερη απόσταση για να συνδεθεί σε έναν νεοδημιουργημένο κόμβο. Ωστόσο, αυτός ο κόμβος είναι σε σύνδεση με τον κεντρικό κόμβο. Μετά από αυτό, ο αλγόριθμος υπολογίζει την απόσταση από κάθε γραμμή στο νέο κόμβο. Στη συνέχεια υπολογίζει την απόσταση από κάθε γραμμή στο νέο κόμβο από το εξωτερικό. Τέλος, αντικαθιστά τους ενωμένους γείτονες με τον νέο κόμβο με βάση τις υπολογισμένες αποστάσεις.

Ομοιότητες μεταξύ UPGMA και Neighbor Joining Tree  

• UPGMA και το δέντρο σύνδεσης γειτόνων είναι το δύο αλγόριθμοι που δημιουργούν φυλογενετικά δέντρα, λαμβάνοντας ως είσοδο έναν πίνακα απόστασης. Γενικά, ένας πίνακας απόστασης είναι ένας δισδιάστατος πίνακας - ένας πίνακας που περιέχει τις αποστάσεις ανά ζεύγη ενός συνόλου σημείων.
• Οι βαθμολογίες στοίχισης που προκύπτουν από ένα σύνολο Οι σχετικές αλληλουχίες πρωτεΐνης ή DNA μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μέτρα για την κατασκευή της μήτρας απόστασης.
• Και τα δύο είναι συγκεντρωτικά  (από κάτω προς τα πάνω) μεθόδων ομαδοποίησης.
• Είναι πιο γρήγορες μέθοδοι που είναι υπολογιστικά λιγότερες ακριβός.
• Ως εκ τούτου, μπορούν να εφαρμοστούν σε μεγάλες σύνολα δεδομένων.
• Επιπλέον, και οι δύο μέθοδοι παράγουν καλύτερα αποτελέσματα όταν σε σύγκριση με τις μεθόδους με άλλους τύπους εισροών.
• Αν και έχουν σχεδιαστεί για να παράγουν μεμονωμένα δέντρα , μερικές φορές παράγουν περισσότερες από μία τοπολογίες, με αποτέλεσμα μια «χαοτική» συμπεριφορά βάσει της σειράς εισαγωγής δεδομένων.
• Η τιμή Bootstrap είναι μια απλή στατιστική δοκιμή για ελέγξτε την πιθανότητα σχηματισμού κόμβων/clades.

Διαφορά μεταξύ UPGMA και Neighbor Joining Tree  

Ορισμός 

Το

UPGMA αναφέρεται σε μια απλή προσέγγιση για την κατασκευή ενός ριζωμένου φυλογενετικού δέντρου από έναν πίνακα απόστασης, ενώ το δέντρο γειτονικής σύνδεσης αναφέρεται στη νέα προσέγγιση για την κατασκευή ενός φυλογενετικού δέντρου, το οποίο ξεριζώνεται μέσω ενός αστεριού δέντρο.

Αναπτύχθηκε από 

Η μέθοδος UPGMA αναπτύχθηκε από τους Sokal και Michener το 1958, ενώ το δέντρο με σύνδεση γειτόνων αναπτύχθηκε από τους Naruya Saitou και Masatoshi Nei το 1987. 

Σημασία 

Επιπλέον, το UPGMA είναι μια αθροιστική ιεραρχική μέθοδος ομαδοποίησης που βασίζεται στη μέθοδο μέσης σύνδεσης, ενώ το δέντρο γειτονικής ένωσης είναι μια επαναληπτική μέθοδος ομαδοποίησης που βασίζεται στο κριτήριο ελάχιστης εξέλιξης.

Τύπος Φυλογενετικού Δέντρου 

Ενώ η μέθοδος UPGMA δημιουργεί ένα ριζωμένο φυλογενετικό δέντρο, η μέθοδος γειτονικών δέντρων δημιουργεί ένα φυλογενετικό δέντρο χωρίς ρίζες.

Τύπος αποστάσεων 

Επιπλέον, ο αλγόριθμος UPGMA απαιτεί οι αποστάσεις να είναι υπερμετρικές, ενώ ο αλγόριθμος γειτονικών δέντρων απαιτεί οι αποστάσεις να είναι εθιστικές.

Φύση των κλαδιών του Φυλογενετικού Δέντρου 

Καθώς η μέθοδος UPGMA υποθέτει ίσους ρυθμούς εξέλιξης, οι άκρες των κλαδιών βγαίνουν ίσες (το ίδιο μήκος κλαδιών από τη ρίζα έως τις άκρες). Καθώς η μέθοδος του δέντρου γειτονικής ένωσης επιτρέπει άνισους ρυθμούς εξέλιξης, τα μήκη των κλαδιών είναι ανάλογα με το μέγεθος της αλλαγής.

Ταχύτητα 

Το UPGMA είναι μια απλή και γρήγορη μέθοδος, ενώ το δέντρο σύνδεσης γειτόνων είναι μια σχετικά γρήγορη μέθοδος.

Αξιοπιστία 

Επιπλέον, το UPGMA είναι μια αναξιόπιστη μέθοδος, ενώ το δέντρο γειτονικής ένωσης παράγει καλύτερα αποτελέσματα.

Συμπέρασμα 

Ο UPGMA είναι ένας από τους δύο αλγόριθμους για την κατασκευή ενός φυλογενετικού δέντρου με βάση τα δεδομένα της εξελικτικής απόστασης. Επιπλέον, χτίζει ένα ριζωμένο φυλογενετικό δέντρο με παρόμοια μήκη κλαδιών. Επιπλέον, είναι ο απλός, γρήγορος και ο πιο αξιόπιστος αλγόριθμος για την κατασκευή ενός φυλογενετικού δέντρου από πίνακες απόστασης. Από την άλλη πλευρά, το δέντρο γειτονικής σύνδεσης είναι η δεύτερη μέθοδος που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός φυλογενετικού δέντρου από μια μήτρα απόστασης. Ωστόσο, παράγει ένα μη ριζωμένο φυλογενετικό δέντρο του οποίου τα μήκη κλαδιών αντικατοπτρίζουν το μέγεθος της αλλαγής κατά τη διάρκεια της εξέλιξης. Επίσης, αυτός ο αλγόριθμος δημιουργεί τα πιο αξιόπιστα φυλογενετικά δέντρα, αν και ο αλγόριθμος είναι συγκριτικά λιγότερο γρήγορος. Επομένως, η κύρια διαφορά μεταξύ του UPGMA και του γειτονικού δέντρου που ενώνει είναι τα χαρακτηριστικά του φυλογενετικού δέντρου και τα χαρακτηριστικά του αλγορίθμου.