arboreto
О программе
Arboreto — это библиотека на Python, которая восстанавливает генные регуляторные сети из транскриптомных данных с использованием масштабируемых алгоритмов, таких как GRNBoost2 и GENIE3. Она выявляет взаимосвязи между факторами транскрипции и генами-мишенями и предназначена для анализа объединённых или одноклеточных данных RNA-seq. Ключевой особенностью является поддержка распределённых вычислений через Dask, что позволяет эффективно обрабатывать крупномасштабные наборы данных.
Быстрая установка
Claude Code
Рекомендуетсяnpx skills add K-Dense-AI/claude-scientific-skills -a claude-code/plugin add https://github.com/K-Dense-AI/claude-scientific-skillsgit clone https://github.com/K-Dense-AI/claude-scientific-skills.git ~/.claude/skills/arboretoСкопируйте и вставьте эту команду в Claude Code для установки этого навыка
Документация
Arboreto
Overview
Arboreto is a Python library from Aerts Lab for inferring gene regulatory networks (GRNs) from gene expression data. It parallelizes tree-based ensemble regression (GRNBoost2, GENIE3) with Dask across local cores or remote clusters.
Core capability: Identify which transcription factors (TFs) regulate which target genes based on expression patterns across observations (cells, samples, conditions).
Upstream: PyPI 0.1.6 (2021-02-09, latest). Docs: arboreto.readthedocs.io. Primary downstream consumer: pySCENIC.
Quick Start
Install arboreto:
uv pip install arboreto
Basic GRN inference:
import pandas as pd
from arboreto.algo import grnboost2
if __name__ == '__main__':
# Load expression data (genes as columns)
expression_matrix = pd.read_csv('expression_data.tsv', sep='\t')
# Infer regulatory network
network = grnboost2(expression_data=expression_matrix)
# Save results (TF, target, importance)
network.to_csv('network.tsv', sep='\t', index=False, header=False)
Critical: Always use if __name__ == '__main__': guard because Dask spawns new processes.
Core Capabilities
1. Basic GRN Inference
For standard GRN inference workflows including:
- Input data preparation (Pandas DataFrame or NumPy array)
- Running inference with GRNBoost2 or GENIE3
- Filtering by transcription factors
- Output format and interpretation
See: references/basic_inference.md
Use the ready-to-run script: scripts/basic_grn_inference.py for standard inference tasks:
python scripts/basic_grn_inference.py expression_data.tsv output_network.tsv --tf-file tfs.txt --seed 777 --limit 5000
2. Algorithm Selection
Arboreto provides two algorithms:
GRNBoost2 (Recommended):
- Fast gradient boosting-based inference
- Optimized for large datasets (10k+ observations)
- Default choice for most analyses
GENIE3:
- Random Forest-based inference
- Original multiple regression approach
- Use for comparison or validation
Quick comparison:
from arboreto.algo import grnboost2, genie3
# Fast, recommended
network_grnboost = grnboost2(expression_data=matrix)
# Classic algorithm
network_genie3 = genie3(expression_data=matrix)
For detailed algorithm comparison, parameters, and selection guidance: references/algorithms.md
3. Distributed Computing
Scale inference from local multi-core to cluster environments:
Local (default) - Uses all available cores automatically:
network = grnboost2(expression_data=matrix)
Custom local client - Control resources:
from distributed import LocalCluster, Client
local_cluster = LocalCluster(n_workers=10, memory_limit='8GB')
client = Client(local_cluster)
network = grnboost2(expression_data=matrix, client_or_address=client)
client.close()
local_cluster.close()
Cluster computing - Connect to remote Dask scheduler:
from distributed import Client
client = Client('tcp://scheduler:8786')
network = grnboost2(expression_data=matrix, client_or_address=client)
For cluster setup, performance optimization, and large-scale workflows: references/distributed_computing.md
Installation
uv pip install arboreto
Conda (Bioconda):
conda install -c bioconda arboreto
Dependencies (from upstream requirements.txt): dask[complete], distributed, numpy, pandas, scikit-learn, scipy
Input formats: pandas DataFrame, dense numpy.ndarray, or sparse scipy.sparse.csc_matrix (rows = observations, columns = genes). For array/matrix inputs, pass gene_names explicitly.
Common Use Cases
Single-Cell RNA-seq Analysis
import pandas as pd
from arboreto.algo import grnboost2
if __name__ == '__main__':
# Load single-cell expression matrix (cells x genes)
sc_data = pd.read_csv('scrna_counts.tsv', sep='\t')
# Infer cell-type-specific regulatory network
network = grnboost2(expression_data=sc_data, seed=42)
# Filter high-confidence links
high_confidence = network[network['importance'] > 0.5]
high_confidence.to_csv('grn_high_confidence.tsv', sep='\t', index=False)
Bulk RNA-seq with TF Filtering
from arboreto.utils import load_tf_names
from arboreto.algo import grnboost2
if __name__ == '__main__':
# Load data
expression_data = pd.read_csv('rnaseq_tpm.tsv', sep='\t')
tf_names = load_tf_names('human_tfs.txt')
# Infer with TF restriction
network = grnboost2(
expression_data=expression_data,
tf_names=tf_names,
seed=123
)
network.to_csv('tf_target_network.tsv', sep='\t', index=False)
Comparative Analysis (Multiple Conditions)
from arboreto.algo import grnboost2
if __name__ == '__main__':
# Infer networks for different conditions
conditions = ['control', 'treatment_24h', 'treatment_48h']
for condition in conditions:
data = pd.read_csv(f'{condition}_expression.tsv', sep='\t')
network = grnboost2(expression_data=data, seed=42)
network.to_csv(f'{condition}_network.tsv', sep='\t', index=False)
Output Interpretation
Arboreto returns a DataFrame with regulatory links:
| Column | Description |
|---|---|
TF | Transcription factor (regulator) |
target | Target gene |
importance | Regulatory importance score (higher = stronger) |
Filtering strategy:
limit=Nat inference time (return top N links globally)- Post-hoc importance threshold (e.g., > 0.5)
- Top links per target via
groupby('target') - Statistical significance testing (permutation tests, external tools)
Integration with pySCENIC
Arboreto powers the GRN inference step in pySCENIC. pySCENIC 0.11+ passes sparse expression matrices to grnboost2 / genie3; pySCENIC 0.12+ defaults to arboreto_with_multiprocessing.py (no Dask) for compatibility — use standalone arboreto when you need Dask scaling.
# Standalone: infer co-expression modules before pySCENIC cisTarget pruning
from arboreto.algo import grnboost2
network = grnboost2(expression_data=expression_df, tf_names=tf_list, limit=5000)
# Downstream: pySCENIC ctx pruning, regulon definition, AUCell (see pySCENIC docs)
Convert AnnData to a DataFrame for arboreto directly:
expression_df = adata.to_df() # cells x genes
Reproducibility
Always set a seed for reproducible results:
network = grnboost2(expression_data=matrix, seed=777)
Run multiple seeds for robustness analysis:
from distributed import LocalCluster, Client
if __name__ == '__main__':
client = Client(LocalCluster())
seeds = [42, 123, 777]
networks = []
for seed in seeds:
net = grnboost2(expression_data=matrix, client_or_address=client, seed=seed)
networks.append(net)
# Consensus: links recurring across runs (example: mean importance per TF-target pair)
import pandas as pd
combined = pd.concat(networks)
consensus = (
combined.groupby(['TF', 'target'], as_index=False)['importance']
.mean()
.query('importance > 0.5')
)
Troubleshooting
Memory errors: Reduce dataset size by filtering low-variance genes or use distributed computing
Slow performance: Use GRNBoost2 instead of GENIE3, enable distributed client, filter TF list
Dask errors: Ensure if __name__ == '__main__': guard is present in scripts (required on Windows/macOS with spawn-based multiprocessing)
Empty results: Check data format (genes as columns), verify TF names match column names in the expression matrix
Sparse data: Use scipy.sparse.csc_matrix and pass matching gene_names; supported since arboreto 0.1.6 / pySCENIC 0.11
GitHub репозиторий
Frequently asked questions
What is the arboreto skill?
arboreto is a Claude Skill by K-Dense-AI. Skills package instructions and resources that Claude loads on demand, so Claude can perform arboreto-related tasks without extra prompting.
How do I install arboreto?
Use the install commands on this page: add arboreto to Claude Code as a plugin, or clone its repository into your skills directory, then restart Claude so it picks up the skill.
What category does arboreto belong to?
arboreto is in the Other category, tagged data.
Is arboreto free to use?
Yes. arboreto is listed on AIMCP and free to install. It runs inside Claude, so no separate service account is required to use the skill itself.
Похожие навыки
LlamaGuard — это модель от Meta с 7–8 миллиардами параметров для модерации входных и выходных данных больших языковых моделей по шести категориям безопасности, таким как насилие и разжигание ненависти. Она обеспечивает точность 94–95% и может быть развернута с помощью vLLM, Hugging Face или Amazon SageMaker. Используйте этот навык, чтобы легко интегрировать фильтрацию контента и защитные механизмы в ваши ИИ-приложения.
Этот навык Claude помогает разработчикам оптимизировать облачные расходы за счет правильного подбора ресурсов, стратегий тегирования и анализа затрат. Он предоставляет framework для сокращения облачных расходов и внедрения управления затратами в AWS, Azure и GCP. Используйте его, когда вам нужно проанализировать расходы на инфраструктуру, оптимизировать ресурсы или уложиться в бюджетные ограничения.
Этот навык Клода анализирует рынки спортивных ставок, включая форы, тоталы и ставки на игроков, изучая исторические тенденции и ситуационную статистику для выявления валуйных ставок. Он предоставляет структурированный вывод в формате markdown с практическими рекомендациями в образовательных целях. Разработчикам следует использовать его для инструментов анализа спортивных ставок, учитывая, что он предназначен исключительно для развлечения и обучения.
Этот навык выполняет квантизацию LLM до 8-битной или 4-битной точности с использованием библиотеки bitsandbytes, обеспечивая сокращение использования памяти на 50-75% при минимальной потере точности. Он идеально подходит для запуска больших моделей при ограниченной памяти GPU или для ускорения вывода, поддерживая форматы INT8, NF4 и FP4. Навык интегрируется с HuggingFace Transformers и позволяет использовать обучение QLoRA и 8-битные оптимизаторы.
