تفاوت کلیدی بین UPGMA و درخت همسایه در نوع درخت فیلوژنتیک حاصل از هر روش است. UPGMA تکنیک ساخت یک درخت فیلوژنتیک ریشه دار است در حالی که اتصال درخت همسایه تکنیک ساخت درخت فیلوژنتیک بدون ریشه است.
درختان فیلوژنتیک نمودارهای درخت مانندی هستند که روابط تکاملی بین موجودات را نشان می دهند. یک درخت فیلوژنتیک بسته به تکنیک مورد استفاده برای ساخت درخت می تواند توپولوژی های مختلفی داشته باشد. UPGMA و درخت همسایه دو روش اصلی برای ساخت درختان فیلوژنتیک هستند.
UPGMA چیست؟
در بیوانفورماتیک، تکنیک های خوشه بندی متفاوتی وجود دارد. UPGMA مخفف Unweighted Pair Group Method و Arithmetic Mean است. این یک روش گروه بندی سلسله مراتبی است. این روش توسط Sokal و Michener معرفی شد. این سریعترین تکنیکی است که درخت فیلوژنتیک را ایجاد می کند. درخت فیلوژنتیک به دست آمده یک درخت فیلوژنتیک ریشه دار با اجداد مشترک است.
هنگام ترسیم یک درخت فیلوژنتیک با استفاده از روش UPGMA، نرخ تکامل را برای همه دودمان یکسان در نظر می گیرد. بنابراین، این یک فرض مهم در تکنیک UPGMA است. با این حال، این نیز نقطه ضعف اصلی تکنیک است زیرا نرخ جهش در طول ساخت درخت در نظر گرفته نمی شود. در عوض، نرخ جهش را ثابت فرض می کند. علاوه بر این، این فرضیه به عنوان "فرضیه ساعت مولکولی" نامیده می شود. بنابراین، در زمینه واقعی، درخت فیلوژنتیک ساخته شده از روش UPGMA ممکن است دقیق و قابل اعتماد نباشد.
شکل 01: درخت فیلوژنتیک برگرفته از UPGMA
روش UPGMA فواصل زوجی را برای تولید درخت فیلوژنتیک در نظر می گیرد. در ابتدا، هر گونه یک خوشه است و دو خوشه از این قبیل با کمترین فاصله تکاملی یک جفت را تشکیل می دهند. بنابراین، بستگی به ماتریس فاصله دارد. عبارات الگوریتم نقش عمده ای در تفسیر داده های یک درخت فیلوژنتیک ترسیم شده با استفاده از روش UPGMA دارند.
Neighbor Joining Tree چیست؟
Neighbor Joining Tree یکی دیگر از تکنیک های خوشه بندی است که برای تولید درخت فیلوژنتیک استفاده می شود. نارویا سایتو و ماساتوشی نی پیشگامان معرفی این روش بودند. این تکنیک برخلاف UPGMA یک درخت بدون ریشه تولید می کند. علاوه بر این، خوشه‌بندی در این روش متکی بر فواصل اولترا متریک نیست. با این حال، در هنگام ساخت درخت فیلوژنتیک، تغییرات نرخ تکامل را در نظر می گیرد.بنابراین، در درختانی که با استفاده از این تکنیک ترسیم شده اند، تغییراتی وجود دارد. بنابراین، این روش از الگوریتم‌های ریاضی خاصی برای ارزیابی آن تغییرات استفاده می‌کند.
شکل 02: درخت فیلوژنتیک برگرفته از روش اتصال همسایه
هنگام ساختن درختان، این روش فواصل بین هر دودمان را جداگانه در نظر می گیرد. هر دودمان به گره تازه ساخته شده در درخت می پیوندد. همه این گره ها به گره مرکزی می پیوندند. بنابراین، هنگامی که یک گره جدید ظاهر می شود، فاصله گره مرکزی تا گره جدید مهم است و با استفاده از الگوریتم ها محاسبه می شود. این داده های الگوریتمی در مورد قرارگیری گره جدید تصمیم می گیرند.
شباهت‌های UPGMA و Neighbor Joining Tree چیست؟
- هر دو روش هنگام ساخت درختان فیلوژنتیک از تکنیک های خوشه بندی استفاده می کنند.
- علاوه بر این، هر دو روش نیاز به استفاده از الگوریتم‌های ریاضی برای تفسیر درخت فیلوژنتیک دارند.
- داده های توالی DNA نقش مهمی در هر دو روش بازی می کند.
- هر دو روش منجر به یک روش خوشه‌بندی از پایین به بالا می‌شوند.
- علاوه بر این، تجزیه و تحلیل مجموعه داده های بزرگ با استفاده از هر دو تکنیک امکان پذیر است.
- تحلیل داده های آماری را می توان برای هر دو نوع درخت با استفاده از روش بوت استرپ اعمال کرد.
- هر دو نقش مهمی در طبقه بندی و شناسایی موجودات دارند.
- علاوه بر این، هر دو روش داده هایی را در مورد روابط تکاملی موجودات ارائه می دهند.
تفاوت بین UPGMA و Neighbor Joining Tree چیست؟
تفاوت اصلی بین UPGMA و درخت پیوستن همسایه به نوع درخت ساخته شده بستگی دارد. بنابراین، UPGMA یک درخت ریشه دار تولید می کند در حالی که همسایه با پیوستن به درخت یک درخت بدون ریشه تولید می کند. علاوه بر این، UPGMA روشی کمتر قابل اعتماد است در حالی که اتصال درخت همسایه روشی قابل اعتماد نسبت به UPGMA است.بنابراین، این تفاوت دیگری بین UPGMA و درخت همسایه است.
گرافیک اطلاعاتی زیر تفاوت بین UPGMA و درخت پیوستن همسایه را خلاصه می کند.
خلاصه - UPGMA در مقابل پیوستن به درخت همسایه
UPGMA و روش‌های پیوند درخت همسایه دو تکنیکی هستند که در ساخت یک درخت فیلوژنتیک مهم هستند. در حالی که روش UPGMA نرخ تکامل را در نظر نمی گیرد، روش اتصال همسایه آن را در طول ساخت درخت در نظر می گیرد. بنابراین، پیچیدگی و قابلیت اطمینان درخت فیلوژنتیک حاصل از روش درخت NJ بالا است. با این حال، به اندازه روش UPGMA سریع نیست. علاوه بر این، تفاوت اصلی بین UPGMA و درخت پیوستن همسایه به نوع درخت حاصل از هر تکنیک بستگی دارد. UPGMA منجر به یک درخت فیلوژنتیک ریشه دار می شود در حالی که روش اتصال درخت همسایه منجر به درخت فیلوژنتیک بدون ریشه می شود.
