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融合通道与空间注意力机制的转录因子结合位点预测方法

2026-01-15 11:46:57来源:遗传
转录因子(transcription factor, TF)通过精准结合基因组中的特定DNA序列调控基因表达,这些关键结合区域就是转录因子结合位点(transcription factor binding sites, TFBSs)。作为基因调控的核心功能元件,TFBSs不仅在胚胎发育、细胞命运决定等生理过程起到至关重要的作用,还与癌症等重大疾病息息相关。因此,以单核苷酸分辨率精准识别TFBSs,无疑是基因组学研究和生物医学转化的关键所在。

2026年1月13日,云南民族大学丰继华课题组在《遗传》发表题为“融合通道与空间注意力机制的转录因子结合位点预测方法”的文章,提出融合注意力机制的深度学习模型用于TFBSs精准预测。该模型在23个TF-细胞类型测试中表现优异:平均受试者工作特征曲线下面积(area under receiver operating characteristic curve, AUROC)达0.986(91%样本超0.970),平均精确率-召回率曲线下面积(area under precision recall curve, AUPRC)为0.169,较随机基线提升超1,000倍。

针对TFBSs一维序列特性,研究人员将二维图像的卷积块注意力机制(convolutional block attention module, CBAM)优化为一维结构。通道注意力机制舍弃最大池化仅保留平均池化,既契合序列局部依赖又降低计算量(图1A);空间注意力机制移除平均池化与最大池化,完整保留位置信息。

在此基础上,研究人员通过改进U-Net架构,实现了核苷酸级精准标记,同步提升了预测性能与效率。训练采用余弦衰减学习率策略,通过动态平滑调整保障模型收敛。实验显示,该模型在9个共享TF-细胞类型测试中,AUROC均值优于FactorNet等代表性模型,且较传统“多对一”模型实现了推理加速。

云南民族大学丰继华副教授为文章通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助(编号:31160234)。

文章录用版链接:丰继华,陈忠兴,康琦林,李龙飞,杨佳慧,张雨亭. 融合通道与空间注意力机制的转录因子结合位点预测方法.遗传, 2026. DOI:10.16288/j.yczz25-184.