2015 年 9 月 29 日
松田秀雄

BENIGN 利用マニュアル
1. 概要

BENIGN は遺伝子ネットワーク解析の並列実行のためのプログラムであり、種々の条件下での遺伝子の発現データから、各条件下での遺伝子間の発現の依存関係を表すネットワークをベイジアンネットワークにより推定し、相互の比較を可能にします。
BENIGN の開発では、遺伝子ネットワークの推定部分は SiGN-BN をベースにしています。また、複数の遺伝子ネットワーク推定プロセスの並列実行機能の実現には MPIDP（GHOST-MP のパッケージに含まれています）をベースにしています。
SiGN-BN: http://www.scls.riken.jp/scruise/software/sign-bn.html
GHOST-MP: http://www.scls.riken.jp/scruise/software/GHOST-MP.html
2. benign コマンド

benign コマンドは MPI で並列実行されるプログラムです。このため実行には MPI の並列実行環
境が必要です。Web で公開されているバイナリファイルを使用するときは、実行に先立って、chmod +x benign で実行可能権限のパーミッションを設定しておく必要があります。
benign コマンドの書式は以下の通りです。
$ mpiexec benign [-lg log] -tb input [user options]
指定可能なオプションについては以下の通りです。
-lg log
 任意
 BENIGN の実行ログのファイル名を指定します。
 指定がない場合、 mpidp.log という名前でログを出力します。
-tb input
 必須
 Job リストファイルを指定します。
user options
 任意
 -lg, -tb 以外のオプションは解析処理へのパラメータとして渡されます。

3. Job リストファイル

Job リストファイルのフォーマットは以下の通りです。

[TITLE=タイトル]
パラメータ行 1
パラメータ行 2...
TITLE 行の指定は任意であり、指定した場合、実行ログに記録されます。
パラメータ行には、空白区切りでパラメータを指定します。
以下は Job リストファイルの例です。
TITLE=example
benign -y --blocks 20 -o ex1 -N 1000 -L 1 -T 0.1 -S linear gene_exp1.edf
benign --blocks 20 -o ex2 -N 1000 -L 1 -T 0.1 -S linear gene_exp2.edf
benign --blocks 20 -o ex3 -N 1000 -L 1 -T 0.1 -S linear gene_exp3.edf

TITLE 行の内容（上の例では example）は実行ログファイルに記録されます。
以降の benign で始まる行では遺伝子ネットワーク推定処理の引数を指定します（行ごとに並列に実行されます）。
上の例の引数の意味は次の通りです。
-y ダイナミックベイジアンネットワークモデルを指定します（時系列データの時に使用できます）。
省略したときはベイジアンネットワークモデルが選択されます。
--blocks n 時系列データの時点数を疑似的に n 倍に増やす（-y を指定した時は推奨）-o name 出力結果のファイル名の接頭辞を name にセット
-N num ブートストラップサンプリングを num 回実行-L 1 実行履歴を個別のファイルに出力（出力ファイル名は、name.log.XXXXX となります。Nameは-O で指定した接頭辞、XXXXX は通し番号です。-L 1 を省略すると標準エラー出力にまとめられます）-T 0.1 ブートストラップ確率が 0.1 以上の制御辺のみを出力-S linear 遺伝子発現量を線形モデルで近似
詳細は SiGN-BN のマニュアル( http://sign.hgc.jp/signbn/manual.html )を参照して下さい。

4. EDF ファイルフォーマットEDF (Expression Data Format)は遺伝子発現データを表現するために設計されたフォーマットです。タブまたはカンマ区切りのテキストファイルで、次の 3 つのセクションから構成されます。
1. メタデータセクション
2. 属性セクション
3. データセクション
以下は EDF ファイルフォーマットの例です。タブ区切りのテキストファイルとなっています。
# Meta Data Section$Version1.0# Attribute Section@PrimaryKeyGroupID

112233@SecondaryKeyGroupID

121212

gene1

1.1

2.2

3.3

4.4

5.5

6.6

gene2

7.7

8.8

9.9

10.1

11.11

12.12

gene3

13.13

14.14

15.15

16.16

17.17

18.18

# Data Section

メタデータセクションでは、メタデータは"$"から始まり、データセット、属性セクションにある属性についてのグローバルな情報を定義します。
属性セクションでは、属性は"@"から始まり、発現サンプルの属性を定義します。最初のカラムは属性のキーを表します。上の例では、2 つの属性キーPrimaryKeyGroupID と SecondaryKeyGroupIDが発現サンプルのために指定されています。SecondaryKeyGroupID は反復実験の回数を表すのに使います。上の例では発現データで n=2 の反復(replicate)で取得した場合を表しています。
データセクションにおいて、各行は遺伝子の発現データを表します。最初のカラムに遺伝子の名前を指定し、以降のカラムに発現データを設定します。
詳細は SiGN-BN の EDF ファイルの説明( http://sign.hgc.jp/formats.html#edf )を参照して下さい。
5. 実行結果

BENIGN の実行結果は、標準では SGN3 形式で出力されます。SGN3 形式は次の 3 つで構成されます。

1.

ヘッダ情報（[Information]セクション）

2.

ノードデータ（[Nodes]セクション）

3.

エッジデータ（[Edges]セクション）

以下は SGN3 形式の例です。

SiGN SGN3 FORMAT[Information]
Edge Attr

BS.Prob:double

edgeScore:double

EdgeType:int BS.up/down:string
Node Attr

hubness:int

X:BS.total:int

BS.Gain:double

BS.EdgeTypeRatio:string

BS.HubIndex:double

1000[Nodes]Cebpa Cebpa 010.110000

Cebpb Cebpb 184.853000...
[Edges]100.927000

0.927000

40.873586

0up

1.00/0.00/0.00

300.199000

0.199000

21.401210

0up

1.00/0.00/0.00...

[Information]セクションでは、次の[Nodes]セクションと[Edges]セクションが持つ属性の一覧が表示されています。

[Nodes]セクションでは、ノードに関する次のような情報が表示されています。


ノード名



ノード番号



子ノードの数

ブートストラップでの HubIndex[Edges]セクションでは、エッジに関する次のような情報が表示されています。
親ノード番号



子ノード番号



ブートストラップ確率

制御の符号（up: 促進、down: 抑制）