[논문 리뷰] 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 Lee외 3명|arXiv (Cornell University)|2023. 02. 19.

Genomics and Phylogenetic Studies참고 문헌 38인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 *Escherichia coli*에서 제한막대길이다형성(RFLP) 분석을 위한 대체 유전적 거리 계수를 평가하며, Russell과 Rao 계수가 Dice 계수와 매우 높은 상관관계(r² = 0.998)를 보이며 경계값이 존재해 적절한 대체 수 Mittel임을 확인한다. 저자들은 이 계수가 정의된 상한과 하한을 지니고 있어 실용성이 뛰어나며, 적응 배지에서 72회 전파를 거친 변이 유도 유전적 거리 추적에 높은 분별력을 유지함을 입증한다.

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.

연구 동기 및 목표

• RFLP 기반 *Escherichia coli* 유전적 거리 분석에 사용할 수 있는 대체 거리 계수를 평가하는 것.
• 높은 상관관계와 분별 능력을 유지하면서도 Dice 계수의 실용적 대체 수 Mittel을 특정하는 것.
• 특히 경계값 범위 측면에서 대체 계수의 실용적 이점을 평가하는 것.
• Russell과 Rao 계수가 제한 맵핑 연구에서 Dice 계수를 효과적으로 대체할 수 있는지 확인하는 것.

제안 방법

• 유전적 변이를 유도하기 위해 실험적 *E. coli* 균주를 8종의 다른 적응 배지에서 72회 전파하여 배양하였다.
• 20종의 다양한 거리 계수를 사용하여 RFLP 프로파일을 생성하고 분석하여 유전적 거리의 정량화를 수행하였다.
• Russell과 Rao 계수와 Dice 계수 간의 상관관계를 평가하기 위해 피어슨 상관분석을 실시하였다.
• 모든 시험 균주에서 계수 값의 범위와 분포를 평가하여 분별 능력을 평가하였다.
• 실용성 평가를 위해 상한과 하한 경계의 존재 여부를 계수별로 분석하였다.
• 통계적 분석은 72회 전파 시계열에서의 상관관계 강도(r²), 경계값 존재 여부, 분별 능력에 중점을 두었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Russell과 Rao 계수는 *E. coli* 제한 맵핑 유전적 거리 측정에서 Dice 계수의 통계적으로 타당한 대체 수 Mittel인가?
• RQ2 Russell과 Rao 계수의 분별 능력은 Dice 계수 및 기타 계수와 비교해 어떻게 다른가?
• RQ3 진화하는 *E. coli* 균주에서 Russell과 Rao 계수와 Dice 계수가 거리 추정치에서 강한 상관관계를 보이는가?
• RQ4 경계값 범위 측면에서 Russell과 Rao 계수를 사용할 경우 Dice 계수 대비 실용적 이점은 무엇인가?
• RQ5 Russell과 Rao 계수는 *E. coli* 장기 진화 실험에서 높은 성능을 유지할 수 있는가?

주요 결과

• Russell과 Rao 계수는 Dice 계수와 매우 높은 상관관계를 보였으며, 결정계수(r²)는 0.998이었다.
• Dennis, Fossum, Matching 계수는 정의된 한계가 없었지만, Russell과 Rao 계수는 상한과 하한이 존재함을 확인하였다.
• Dennis, Fossum, Matching, Russell과 Rao 계수는 모두 시험한 계수 중에서 가장 높은 분별 능력을 보였다.
• Russell과 Rao 계수는 모든 72회 전파 동안 높은 성능을 유지하여 장기적 진화 추적에서의 견고함을 입증하였다.
• 이 연구는 Russell과 Rao 계수가 RFLP 기반 *E. coli* 유전적 거리 분석에서 Dice 계수의 적절하고 실용적인 대체 수 Mittel임을 확인한다.
• Russell과 Rao 계수는 높은 상관관계, 경계값 존재, 강력한 분별 능력의 균형을 지니며, 비교적 RFLP 연구에 이상적인 조건을 제공한다.