OpDetect: A convolutional and recurrent neural network classifier for precise and sensitive operon detection from RNA-seq data
Notice bibliographique
Résumé
Abstract An operon refers to a group of neighbouring genes belonging to one or more overlapping transcription units that are transcribed in the same direction and have at least one gene in common. Operons are a characteristic of prokaryotic genomes. Identifying which genes belong to the same operon facilitates understanding of gene function and regulation. There are several computational approaches for operon detection; however, many of these computational approaches have been developed for a specific target bacterium or require information only available for a restricted number of bacterial species. Here, we introduce a general method, OpDetect, that directly utilizes RNA-sequencing (RNA-seq) reads as a signal over nucleotide bases in the genome. This representation enabled us to employ a convolutional and recurrent deep neural network architecture which demonstrated superior performance in terms of recall, F1-score and Area under the Receiver-Operating characteristic Curve (AUROC) compared to previous approaches. Additionally, OpDetect showcases species-agnostic capabilities, successfully detecting operons in a wide range of bacterial species and even in Caenorhabditis elegans , one of few eukaryotic organisms known to have operons. OpDetect is available at https://github.com/BioinformaticsLabAtMUN/OpDetect . Author summary The most recent operon definition highlights the complexity of bacteria gene regulation: 1) Operons consist of one or more overlapping transcription units; 2) genes in an operon might be involved in multiple metabolic pathways; 3) operons might have internal promoters that might be differentially regulated; and 4) not all genes in an operon might be cotranscribed. Most of these characteristics were not considered in the initial operon definition. However, that initial operon definition guided the development of several existing operon detection computational tools which are based, for example, on functional annotations. In this work, we develop a species-agnostic, data-driven, machine learning-based approach for operon detection that allows detected operons to have all the characteristics mentioned above. Our method (OpDetect) directly uses RNA-seq read counts from up to six samples to identify pairs of adjacent genes belonging to the same operon. OpDetect outperforms four state-of-the-art approaches for operon detection and is general enough to be able to accurately detect operons in Caenorhabditis elegans , one of few eukaryotic organisms known to have operons.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,002 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».