DeepConsensus improves the accuracy of sequences with a gap-aware sequence transformer

计算机科学 共识序列 计算生物学 标识符 DNA测序 变压器 马尔可夫链 序列(生物学) 编码器 算法 生物 遗传学 基因 基序列 物理 电压 机器学习 量子力学 程序设计语言 操作系统
作者
Gunjan Baid,Daniel E. Cook,Kishwar Shafin,Taedong Yun,Felipe Llinares-López,Quentin Berthet,Anastasiya Belyaeva,Armin Töpfer,Aaron M. Wenger,William J. Rowell,Howard H. Yang,Alexey Kolesnikov,Waleed Ammar,Jean‐Philippe Vert,Ashish Vaswani,Cory Y. McLean,Maria Nattestad,Pi-Chuan Chang,Andrew Carroll
出处
期刊:Nature Biotechnology [Springer Nature]
被引量:104
标识
DOI:10.1038/s41587-022-01435-7
摘要

Circular consensus sequencing with Pacific Biosciences (PacBio) technology generates long (10–25 kilobases), accurate ‘HiFi’ reads by combining serial observations of a DNA molecule into a consensus sequence. The standard approach to consensus generation, pbccs, uses a hidden Markov model. We introduce DeepConsensus, which uses an alignment-based loss to train a gap-aware transformer–encoder for sequence correction. Compared to pbccs, DeepConsensus reduces read errors by 42%. This increases the yield of PacBio HiFi reads at Q20 by 9%, at Q30 by 27% and at Q40 by 90%. With two SMRT Cells of HG003, reads from DeepConsensus improve hifiasm assembly contiguity (NG50 4.9 megabases (Mb) to 17.2 Mb), increase gene completeness (94% to 97%), reduce the false gene duplication rate (1.1% to 0.5%), improve assembly base accuracy (Q43 to Q45) and reduce variant-calling errors by 24%. DeepConsensus models could be trained to the general problem of analyzing the alignment of other types of sequences, such as unique molecular identifiers or genome assemblies.
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