Der Hauptunterschied zwischen UPGMA und Neighbor Joining Tree ist der Typ des phylogenetischen Baums, der sich aus jeder Methode ergibt. UPGMA ist die Technik zum Konstruieren eines verwurzelten phylogenetischen Baums, während Neighbor Joining Tree die Technik zum Konstruieren eines nicht verwurzelten phylogenetischen Baums ist.
Phylogenetische Bäume sind baumähnliche Diagramme, die evolutionäre Beziehungen zwischen Organismen zeigen. Ein phylogenetischer Baum kann je nach der für die Baumkonstruktion verwendeten Technik unterschiedliche Topologien aufweisen. UPGMA und Neighbor Joining Tree sind zwei Hauptmethoden, um phylogenetische Bäume zu erstellen.
Was ist UPGMA?
In der Bioinformatik gibt es verschiedene Clustering-Techniken. UPGMA steht für Unweighted Pair Group Method and Arithmetic Mean. Es ist eine hierarchische Gruppierungsmethode. Die Methode wurde von Sokal und Michener eingeführt. Es ist die schnellste Technik, die einen Stammbaum entwickelt. Der resultierende phylogenetische Baum ist ein verwurzelter phylogenetischer Baum mit einem gemeinsamen Vorfahren.
Beim Zeichnen eines Stammbaums mit der UPGMA-Methode werden die Evolutionsraten für alle Abstammungslinien als gleich angesehen. Daher ist dies eine wichtige Annahme, die in der UPGMA-Technik gemacht wird. Dies ist jedoch auch der Hauptnachteil der Technik, da die Mutationsrate während der Baumkonstruktion nicht berücksichtigt wird. Stattdessen nimmt es die Mutationsrate als Konstante an. Außerdem wird diese Hypothese als „Molekularuhr-Hypothese“bezeichnet. Daher ist der mit einer UPGMA-Methode erstellte phylogenetische Baum im realen Kontext möglicherweise nicht genau und zuverlässig.
Abbildung 01: Ein phylogenetischer Baum aus UPGMA
UPGMA-Methode berücksichtigt paarweise Abstände, um einen Stammbaum zu erstellen. Anfangs ist jede Art ein Cluster, und zwei solcher Cluster mit dem geringsten evolutionären Abstand bilden ein Paar. Daher hängt es von der Abstandsmatrix ab. Algorithmusausdrücke spielen eine wichtige Rolle bei der Interpretation der Daten eines Stammbaums, der mit der UPGMA-Methode erstellt wurde.
Was ist Neighbor Joining Tree?
Neighbor Joining Tree ist eine weitere Clustering-Technik, die zur Erstellung eines phylogenetischen Baums verwendet wird. Naruya Saitou und Masatoshi Nei waren die Pioniere bei der Einführung der Methode. Die Technik erzeugt im Gegensatz zu UPGMA einen nicht verwurzelten Baum. Darüber hinaus beruht die Clusterbildung bei diesem Verfahren nicht auf ultrametrischen Abständen. Es berücksichtigt jedoch die Variation der Evolutionsraten bei der Erstellung des Stammbaums. Daher gibt es Variationen in den mit dieser Technik gezeichneten Bäumen. Daher verwendet diese Methode spezielle mathematische Algorithmen, um diese Variationen zu bewerten.
Abbildung 02: Ein phylogenetischer Baum, der aus der Nachbarverbindungsmethode gezogen wurde
Bei der Konstruktion der Bäume berücksichtigt diese Methode die Abstände zwischen den einzelnen Linien separat. Jede Abstammung verbindet sich mit dem neu konstruierten Knoten im Baum. Alle diese Knoten verbinden sich mit dem zentralen Knoten. Wenn ein neuer Knoten erscheint, ist daher die Entfernung vom zentralen Knoten zum neuen Knoten wichtig und wird unter Verwendung der Algorithmen berechnet. Diese algorithmischen Daten entscheiden über die Platzierung des neuen Knotens.
Was sind die Ähnlichkeiten zwischen UPGMA und Neighbor Joining Tree?
- Beide Methoden verwenden Clustering-Techniken bei der Erstellung von phylogenetischen Stammbäumen.
- Außerdem erfordern beide Methoden den Einsatz mathematischer Algorithmen zur Interpretation des Stammbaums.
- DNA-Sequenzdaten spielen bei beiden Methoden eine wichtige Rolle.
- Beide Methoden führen zu einer Clustering-Methode von unten nach oben.
- Außerdem ist die Analyse großer Datensätze mit beiden Techniken möglich.
- Statistische Datenanalysen können für beide Baumarten mit der Bootstrap-Methode durchgeführt werden.
- Beide spielen eine wichtige Rolle bei der Klassifizierung und Identifizierung von Organismen.
- Darüber hinaus liefern beide Methoden Daten über die evolutionären Verwandtschaftsverhältnisse von Organismen.
Was ist der Unterschied zwischen UPGMA und Neighbor Joining Tree?
Der Hauptunterschied zwischen UPGMA und Neighbor Joining Tree hängt von der Art des konstruierten Baums ab. UPGMA erzeugt also einen verwurzelten Baum, während ein benachbarter Baum einen nicht verwurzelten Baum erzeugt. Darüber hinaus ist UPGMA ein weniger zuverlässiges Verfahren, während Neighbor Joining Tree ein zuverlässiges Verfahren als UPGMA ist. Dies ist also ein weiterer Unterschied zwischen UPGMA und dem Neighbor Joining Tree.
Die folgende Infografik fasst den Unterschied zwischen UPGMA und Nachbarbaum zusammen.
Zusammenfassung – UPGMA vs. Neighbor Joining Tree
UPGMA- und Neighbour-Joining-Tree-Methoden sind zwei Techniken, die während der Konstruktion eines Stammbaums wichtig sind. Während die UPGMA-Methode die Evolutionsrate nicht berücksichtigt, berücksichtigt sie die Neighbour-Joining-Methode während der Baumkonstruktion. Daher ist die Komplexität und die Zuverlässigkeit des phylogenetischen Stammbaums, der sich aus der NJ-Baummethode ergibt, hoch. Es ist jedoch nicht so schnell wie die UPGMA-Methode. Darüber hinaus beruht der Hauptunterschied zwischen UPGMA und Neighbor Joining Tree auf der Art des Baums, der sich aus jeder Technik ergibt. UPGMA führt zu einem verwurzelten phylogenetischen Baum, während die Neighbor Joining Tree-Methode zu einem nicht verwurzelten phylogenetischen Baum führt.
