Σύγκριση μεθόδων εκτίμησης της γενετικής απόστασης και ταξινόμησης δυαδικών δεδομένων των μοριακών δεικτών
Creators: name: Πρατσινάκης, Εμμανουήλ Δημητρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Δενδρογράμματα
Άγριο σινάπι
Φακή
Dendrograms
Wild mustard
Lentil

description: Τα δεδομένα που προέρχονται από μοριακούς δείκτες μπορεί να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή δενδρογραμμάτων με βάση τις γενετικές αποστάσεις μεταξύ ατόμων ενός είδους, κωδικοποιούνται ως δυαδικά (0: μη παρουσία φθορίζουσας ζώνης στην πηκτή αγαρόζης, 1: παρουσία φθορίζουσας ζώνης στην πηκτή αγαρόζης). Η πιο κοινή μέθοδος ταξινόμησης για την κατασκευή δενδρογραμμάτων είναι ο συνδυασμός του τετραγώνου της Ευκλείδειας απόστασης και της μεθόδου UPGMA (Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean) που χρησιμοποιείται για τη συνένωση των παρατηρήσεων-ατόμων. Ο συνδυασμός αυτός στη Μοριακή Βιολογία αποτελεί τη “golden standard” μεθοδολογία ταξινόμησης. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται οι αποστάσεις και οι μέθοδοι συνένωσης που χρησιμοποιούνται για δυαδικά δεδομένα, ενώ, επιπροσθέτως, γίνεται αξιολόγηση των αποστάσεων (27 αποστάσεων) και των μεθόδων συνένωσης (επτά μέθοδοι συνένωσης) καθώς και του συνδυασμού της απόστασης Χ2 κατά Benzécri με της μεθόδου συνένωσης του Ward. Ειδικότερα, συγκρίνονται 189 μέθοδοι ταξινόμησης (εκτός από τη “golden standard” μέθοδο), για δύο σύνολα δυαδικών δεδομένων που προέρχονται από μοριακούς δείκτες πληθυσμών δύο φυτικών ειδών (Sinapis arvensis και Lens culinaris). Όσον αφορά το σύνολο δεδομένων από το S. arvensis, οι μοριακοί δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ISSR, ενώ οι αντίστοιχοι δείκτες για το L. culinaris ήταν SSR. Λόγω της φύσης των SSR δεικτών, η μήτρα αποστάσεων έδειξε πολλές “ισοπαλίες” (“ties”), δηλαδή πολλά άτομα με την ίδια απόσταση μεταξύ τους. Τα αποτελέσματα των μεθόδων ταξινόμησης που συγκρίθηκαν έδειξαν ότι η “golden standard” μεθοδολογία δεν αποτελεί “πανάκεια” για την κατασκευή δενδρογραμμάτων, τα οποία βασίζονται σε δυαδικά δεδομένα που προέρχονται από μοριακούς δείκτες, διότι τριάντα επτά ακόμη μέθοδοι για τους ISSR μοριακούς δείκτες και 86 μέθοδοι για τους SSR δείκτες, έδειξαν ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή δενδρογραμμάτων. Επίσης, διαπιστώθηκε ότι ο καθορισμός εξωτερικών κριτηρίων για τον έλεγχο της εγκυρότητας των αποτελεσμάτων της Ιεραρχικής Ταξινόμησης για δυαδικά δεδομένα είναι απαραίτητος, αλλά ιδιαίτερη προσοχή απαιτείται και για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν από SSR μοριακούς δείκτες λόγω της ύπαρξης “ισοπαλιών” (“ties”) στον πίνακα αποστάσεων
description: Data from molecular markers, can be used to construct dendrograms based on genetic distances between individuals of a plant species, are encoded as binary data (0: absence of the band at the agarose gel, 1: presence of the band at the agarose gel). For the construction of the dendrograms, the most commonly used linkage method is the UPGMA (Unweighted Pair Group Method with Arithmetic mean) in combination with the squared Euclidean distance. This combination, is the “golden standard” clustering method used in the scientific field of Molecular Biology. In this study, a review is presented on the distances and the clustering methods used with binary data. Furthermore, an evaluation of the linkage methods (seven linkage methods) and the corresponding appropriate distances (27 distances) along with the combination of Benzécri’s chi-squared distance with the Ward’s linkage method, comparison of 189 clustering methods (except the “golden standard”) is attempted using data originating from molecular markers applied on Lens culinaris and Sinapis arvensis populations. Lens culinaris cluster analysis was performed using SSR markers, while for Sinapis arvensis populations clustering were used ISSR markers. However, due to the nature of the SSR markers, it was observed that there were many “ties” in the distance matrix, that means too many samples had exactly the same proximities. The validation of the various cluster’s solutions was tested using external criteria. The results showed that the “golden standard” is not a “panacea” for dendrogram construction, based on binary data derived from molecular markers. Thirty-seven other hierarchical clustering methods could be used for the construction of dendrograms from ISSR markers and eighty-seven other hierarchical clustering methods could be used for the construction of dendrograms from SSR markers. Using external validation criteria is crucial to check the validity of Hierarchical Cluster results from binary data. Finally, special care is needed to evaluate the results from the SSR molecular markers due to the presence of “ties” in the distance matrix