NexmlA future data exchange standard for

phylogenetics

Rutger Vos

Increased automation in evolutionary informatics is hampered by poorly defined

“standards”

Introduction (1/7)The problem

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Addressing interoperability problems by coding our way out of it

Syntax:Nexml

Semantics:CDAO

Transport:PhyloWS

Introduction (2/7)EvoInfo.nescent.org interests

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Introduction (3/7)This subproject’s mission

• To create a file format like nexus*, but:o Fix (some) problems with nexuso Give access to data at higher levelo Be extensibleo Expose data to xml goodies

*Maddison, Swofford and Maddison, 1997. NEXUS: An Extensible File Format for Systematic Information. Syst. Biol. 46(4):590-621

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Introduction (4/7)Nexus issues

• Hard/impossible to validate• No explicit versions

o Nothing ever deprecated• No public extensions

o Leads to hacks such as ‘mixed’ data, ‘hot comments’

o Phylogenetics post-’80s in private blocks 

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Introduction (5/7)Parsing plain text versus parsing XML

• Processing nexus data involves lexing + parsing + processing

• XML allows choosing a parser library, data can be processed as a structure that hides tokenization issues

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Introduction (6/7)Extensibility

• ‘Extensible’ file format should provide the ability to: o Define new data types that

implement described ‘interfaces’o Attach typed data structures to

core types o Attach custom XML

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Introduction (7/7)XML goodies

• Large stack of off-the-shelf tools:o XML parser librarieso Web service toolkitso Native XML databaseso Editors / IDEso Serialization / data binding tools

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Design (1/5)Design principles

• Re-use of prior art• Follow design patterns• Referencing• Verbose and compact

representations

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Design (2/5)Re-use of prior art

• Generic key/value attachments using RDFa

• Trees and networks following graphml

• General file structure following nexus concepts, i.e. blocks that reference each other

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Design (3/5)XML design patterns

• http://www.xmlpatterns.com • “Declare before use”• “Metadata first”• “Venetian blinds”• Abstract inheritance through

extension, concrete inheritance through restriction

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Design (4/5)Inheritance

IDTagged (required id attribute)

Labelled (optional label attribute)

Annotated (optional dict elements)

Base (optional base/lang/href attributes)

AbstractElement (in root schema)

ConcreteElement (in instance document)

extends

extends

extends

extends

restricts

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Design (5/5)Referencing

• Elements sometimes refer to other elements, much like in nexus

• In nexml, elements refer to the id of other elements by the name of the referenced element:

  <otu id="t1"/>   <!-- referenced later: -->  <node id="n1" otu="t1"/>

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Implementation (1/6)Approach

• Schema design• Community feedback through wiki,

email, telecon, projects (evoinfo, ppod, MIAPA) etc.

• Processors (perl, java, python, c++, javascript, VB) development in parallel

• Experiments with xml tools (ws, db, data binding tools)

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Implementation (2/6) Entity relationships

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Implementation (3/6)inheritance tree for elements

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Implementation (4/6) anatomy of a “block”

<characters     id="c1"     xsi:type="nex:DnaSeqs"     otus="t1">

</characters>

<meta id="m1" datatype="xsd:string” xsi:type="nex:LiteralMeta” property="dwc:catalogNumber" content="12345"/> Contents…

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Implementation (5/6)Character Classes

RestrictionCellsRestrictionSeqsRestriction

ContinuousCellsContinuousSeqsContinuous

StandardCellsStandardSeqsStandard

ProteinCellsProteinSeqsProtein

RnaCellsRnaSeqsRNA

DnaCellsDnaSeqsDNA

CellsSequence

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Implementation (6/6)Tree Classes

IntTreeFloatTreeTree

IntNetworkFloatNetworkNetwork

IntFloat

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Current status (1/4)Schema blocks

• Done:o OTUso characters: dna, rna,

nucleotide, protein, categorical, continuous, restriction (compact and verbose)

o trees: graphml trees and networks, various edge formats and rootings

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• Nexml parsers and writers: o Phenexo TreeBASEo Mesquiteo Bio::Phyloo DendroPyo DAMBEo Etc.

Current status (2/4)Parsers and writers

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• Included schema in soap wsdl• Indexed files in dbxml• Created large files from tolweb,

rbcl• XInclude with tinyseq xml• REST service described using

nexml

Current status (3/4)Experiments

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• Cross-reference with glossary, ontology

• Substitution model descriptions• Publish standard• Compact trees• Distances• Splits

Current status (4/4)To do

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Resources

NeXML Base URL: http://nexml.org• Wiki: /wiki• Mailing list: /mail• Issue tracker: /tracker • SVN repository: /code

EvoInfo: http://evoinfo.nescent.org  CDAO: http://www.evolutionaryontology.org

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Acknowledgements

• Contributions: Jason Caravas, Mark Holder, Peter Midford, Jeet Sukumaran, Xuhua Xia, Chase Miller, Anurag Priyam, Jaime Huerta-Cepas, Matt Yoder, Andrew Hill, Sam Smits, Mike Keesey, Apurv Verma, Mark Jensen

• Feedback: wg-evoinfo, pPOD, Wayne Maddison, David Maddison

• Additional funding, support: NESCent, GSoC