[論文レビュー] Russel and Rao Coefficient is a Suitable Substitute for Dice Coefficient in Studying Restriction Mapped Genetic Distances of Escherichia coli

Zhu En Chay, Chin How Lee+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 19, 2023

Genomics and Phylogenetic Studies参考文献 38被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、*Escherichia coli* における制限断片長多型性（RFLP）解析における代替遺伝的距離係数の評価を行い、RussellとRao係数がデイス係数と非常に高い相関を示す（r² = 0.998）ことが判明した。また、値が有界であるため、代替として適している。著者らは、明確な上限と下限を持つことから、実用性に優れ、適応培地で72回の移種を経た間、突然変異駆動の遺伝的距離を追跡する際の高い識別能を維持していることを示している。

ABSTRACT

Escherichia coli is one of many bacterial inhabitants found in human intestines and any adaptation as a result of mutations may affect its host. A commonly used technique employed to study these mutations is Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP) and is proceeded with a suitable distance coefficient to quantify genetic differences between 2 samples. Dice is considered a suitable distance coefficient in RFLP analyses, while others were left unstudied in its suitability for use. Hence, this study aims to identify substitutes for Dice. Experimental data was obtained by subculturing E. coli for 72 passages in 8 different adaptation media and RFLP profiles analyzed using 20 distance coefficients. Our results suggest that Dennis, Fossum, Matching and Russel and Rao to work as well or better than Dice. Dennis, Matching and Fossum coefficients had highest discriminatory abilities but are limited by the lack of upper or lower boundaries. Russel and Rao coefficient is highly correlated with Dice coefficient (r2 = 0.998), with both higher and lower boundaries, suggesting that Russel and Rao coefficient can be used to substitute Dice coefficient in studying genetic distances in E. coli.

研究の動機と目的

• RFLPに基づく *Escherichia coli* の遺伝的距離解析に用いる代替距離係数の評価を目的とする。
• 高い相関性と識別能力を維持するデイス係数の代替として実用的な選択肢を同定することを目的とする。
• 特に値の有界範囲の観点から、代替係数の実用的利点を評価することを目的とする。
• ラッセルとロウ係数が制限マッピング研究においてデイス係数に効果的に置き換え可能かどうかを検証することを目的とする。

提案手法

• 8種類の異なる適応培地を用いて、実験的 *E. coli* 株を72回の移種により継代し、遺伝的変異を誘導した。
• RFLPプロファイルを生成し、20種類の異なる距離係数を用いて遺伝的距離を定量的に分析した。
• ラッセルとロウ係数とデイス係数の相関を評価するためにピアソン相関分析を実施した。
• すべての試験株における係数値の範囲と分布を評価することで、識別能を検証した。
• 上限および下限の有無を評価し、実用的利便性を検討した。
• 統計的分析は、相関強度（r²）、有界性、および72回の移種時系列における識別能に焦点を当てた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ラッセルとロウ係数は、*E. coli* の制限マッピングによる遺伝的距離を測定するうえで、統計的に妥当なデイス係数の代替として適しているか？
• RQ2 ラッセルとロウ係数の識別能は、デイス係数および他の係数と比べてどのように異なるか？
• RQ3 変化を続ける *E. coli* 株において、ラッセルとロウ係数とデイス係数は、距離推定値において強い相関を示すか？
• RQ4 値の有界範囲という観点から、ラッセルとロウ係数がデイス係数に比べて実用的な利点を有しているか？
• RQ5 ラッセルとロウ係数は、*E. coli* の長期的進化実験においても高い性能を維持できるか？

主な発見

• ラッセルとロウ係数はデイス係数と極めて高い相関を示し、決定係数（r²）は0.998であった。
• デニス、フォスム、マッチング係数とは異なり、ラッセルとロウ係数は上限および下限を明確に有していた。
• デニス、フォスム、マッチング、およびラッセルとロウ係数は、全試験係数の中で最も高い識別能を示した。
• ラッセルとロウ係数は、全72回の移種においても高い性能を維持しており、長期的進化追跡における頑健性を示した。
• 本研究では、ラッセルとロウ係数がRFLPに基づく *E. coli* の遺伝的距離解析において、適切で実用的なデイス係数の代替であると確認された。
• ラッセルとロウ係数は、高い相関性、有界な値、強力な識別能のバランスを備えており、比較的RFLP研究に最適である。