Ključna razlika med UPGMA in drevesom za združevanje sosedov je vrsta filogenetskega drevesa, ki izhaja iz vsake metode. UPGMA je tehnika izdelave ukoreninjenega filogenetskega drevesa, medtem ko je sosednje povezovalno drevo tehnika izdelave neukoreninjenega filogenetskega drevesa.
Filogenetska drevesa so drevesom podobni diagrami, ki prikazujejo evolucijska razmerja med organizmi. Filogenetsko drevo ima lahko različne topologije, odvisno od tehnike, uporabljene za konstrukcijo drevesa. UPGMA in drevo, ki povezuje sosede, sta dve glavni metodi, ki gradita filogenetska drevesa.
Kaj je UPGMA?
V bioinformatiki obstajajo različne tehnike združevanja v gruče. UPGMA pomeni metodo neutežene skupine parov in aritmetično sredino. Gre za metodo hierarhičnega združevanja. Metodo sta uvedla Sokal in Michener. Je najhitrejša tehnika, ki razvije filogenetsko drevo. Nastalo filogenetsko drevo je ukoreninjeno filogenetsko drevo s skupnim prednikom.
Pri risanju filogenetskega drevesa z metodo UPGMA meni, da so evolucijske stopnje enake za vse linije. Tako je to pomembna predpostavka v tehniki UPGMA. Vendar pa je to tudi glavna pomanjkljivost tehnike, saj se stopnja mutacije med konstrukcijo drevesa ne upošteva. Namesto tega predpostavlja stopnjo mutacije kot konstanto. Nadalje se ta hipoteza imenuje "hipoteza o molekularni uri". Zato v resničnem kontekstu filogenetsko drevo, zgrajeno z metodo UPGMA, morda ni natančno in zanesljivo.
Slika 01: Filogenetsko drevo, narisano iz UPGMA
Metoda UPGMA upošteva razdalje po parih za izdelavo filogenetskega drevesa. Sprva je vsaka vrsta grozd in dva taka grozda z najmanjšo evolucijsko razdaljo tvorita par. Zato je odvisno od matrike razdalje. Izrazi algoritmov igrajo pomembno vlogo pri interpretaciji podatkov filogenetskega drevesa, narisanega z metodo UPGMA.
Kaj je sosednje povezovalno drevo?
Sosednje povezovalno drevo je še ena tehnika združevanja v gruče, ki se uporablja za izdelavo filogenetskega drevesa. Naruya Saitou in Masatoshi Nei sta bila pionirja pri uvajanju metode. Tehnika ustvari neukoreninjeno drevo, za razliko od UPGMA. Poleg tega se združevanje v skupine pri tej metodi ne opira na ultrametrične razdalje. Vendar pa pri gradnji filogenetskega drevesa upošteva variacije evolucijskih stopenj. Tako obstajajo različice dreves, narisanih s to tehniko. Zato ta metoda uporablja posebne matematične algoritme za oceno teh variacij.
Slika 02: Filogenetsko drevo, narisano iz metode združevanja sosedov
Pri konstruiranju dreves ta metoda upošteva razdalje med vsako linijo posebej. Vsaka linija se pridruži novo zgrajenemu vozlišču v drevesu. Vsa ta vozlišča se pridružijo osrednjemu vozlišču. Ko se pojavi novo vozlišče, je torej pomembna razdalja od osrednjega vozlišča do novega vozlišča, ki se izračuna z uporabo algoritmov. Ti algoritemski podatki odločajo o postavitvi novega vozlišča.
Kakšne so podobnosti med UPGMA in sosednjim povezovalnim drevesom?
- Obe metodi uporabljata tehnike združevanja v gruče pri konstruiranju filogenetskih dreves.
- Poleg tega obe metodi zahtevata uporabo matematičnih algoritmov za interpretacijo filogenetskega drevesa.
- Podatki o zaporedju DNK igrajo pomembno vlogo pri obeh metodah.
- Obe metodi povzročita metodo združevanja v gruče od spodaj navzgor.
- Poleg tega je analiza velikih nizov podatkov možna z uporabo obeh tehnik.
- Analizo statističnih podatkov je mogoče uporabiti za obe vrsti dreves z uporabo metode bootstrap.
- 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 povezovalnim drevesom?
Ključna razlika med UPGMA in sosednjim povezovalnim drevesom je odvisna od vrste zgrajenega drevesa. Torej UPGMA ustvari ukoreninjeno drevo, medtem ko sosednje drevo ustvari neukoreninjeno drevo. Poleg tega je UPGMA manj zanesljiva metoda, medtem ko je sosednje drevo zanesljiva metoda kot UPGMA. Torej, to je še ena razlika med UPGMA in drevesom za pridruževanje sosedov.
Spodnja info-grafika povzema razliko med UPGMA in sosednjim povezovalnim drevesom.
Povzetek – UPGMA proti sosednjemu drevesu
UPGMA in metoda združevanja sosednjih dreves sta dve tehniki, ki sta pomembni pri gradnji filogenetskega drevesa. Medtem ko metoda UPGMA ne upošteva evolucijske stopnje, jo metoda združevanja sosedov upošteva med konstrukcijo drevesa. Tako je kompleksnost in zanesljivost filogenetskega drevesa, ki izhaja iz metode NJ dreves, visoka. Vendar pa ni tako hitra kot metoda UPGMA. Poleg tega je ključna razlika med UPGMA in sosednjim drevesom, ki se povezuje, odvisna od vrste drevesa, ki izhaja iz posamezne tehnike. Rezultat UPGMA je ukoreninjeno filogenetsko drevo, medtem ko metoda sosednjega drevesa povzroči neukoreninjeno filogenetsko drevo.
