Self-supervised Learning for DNA sequences with circular dilated convolutional networks

计算机科学 推论 人工智能 卷积神经网络 深度学习 编码(集合论) DNA 机器学习 人工神经网络 源代码 航程(航空) 模式识别(心理学) 生物 集合(抽象数据类型) 遗传学 程序设计语言 操作系统 材料科学 复合材料
作者
Lei Cheng,Tong Yu,Ruslan Khalitov,Zhirong Yang
出处
期刊:Neural Networks [Elsevier]
卷期号:171: 466-473 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.neunet.2023.12.002
摘要

DNA molecules commonly exhibit wide interactions between the nucleobases. Modeling the interactions is important for obtaining accurate sequence-based inference. Although many deep learning methods have recently been developed for modeling DNA sequences, they still suffer from two major issues: 1) most existing methods can handle only short DNA fragments and fail to capture long-range information; 2) current methods always require massive supervised labels, which are hard to obtain in practice. We propose a new method to address both issues. Our neural network employs circular dilated convolutions as building blocks in the backbone. As a result, our network can take long DNA sequences as input without any condensation. We also incorporate the neural network into a self-supervised learning framework to capture inherent information in DNA without expensive supervised labeling. We have tested our model in two DNA inference tasks, the human variant effect and the open chromatin region of plants, where the experimental results show that our method outperforms five other deep learning models. Our code is available at https://github.com/wiedersehne/cdilDNA.
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