PromoterAtlas: decoding regulatory sequences across Gammaproteobacteria using a transformer model

γ蛋白杆菌 计算生物学 发起人 生物 编码 DNA结合位点 调节顺序 基因组学 转录因子 基因组 遗传学 基因 基因表达 16S核糖体RNA
作者
Lucas Coppens,Rodrigo Ledesma‐Amaro
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41467-026-72837-3
摘要

Recent advances in deep learning, particularly transformer architectures, have improved computational approaches for biological sequence analysis. Despite these advances, computational models for bacterial promoter prediction have remained limited by small datasets, species-specific training, and binary classification approaches rather than comprehensive annotation frameworks. We present PromoterAtlas, a 1.8 M parameter transformer model trained on 9 M regulatory sequences from 3371 gammaproteobacterial species. The model demonstrates recognition of various regulatory elements across different species, including ribosomal binding sites, various types of bacterial promoters, transcription factor binding sites, and terminators. Using this model, we developed a whole-genome promoter annotation tool for Gammaproteobacteria, with various levels of validation that support the predictions of promoters associated with different sigma (σ) factors. Furthermore, we show that the model embeddings reflect cross-species evolutionary relationships, clustering promoters by σ factor identity rather than species-specific sequence features. Finally, we show that model embeddings encode regulatory sequence information that enables effective prediction of transcription and translation levels. PromoterAtlas can contribute to our understanding of and ability to engineer bacterial regulatory sequences with potential applications in bacterial biology, synthetic biology, and comparative genomics.
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