STAMarker: determining spatial domain-specific variable genes with saliency maps in deep learning

基因 领域(数学分析) 生物 变量(数学) 遗传学 计算生物学 进化生物学 数学 数学分析
作者
Chihao Zhang,Kangning Dong,Kazuyuki Aihara,Luonan Chen,Shihua Zhang
出处
期刊:Nucleic Acids Research [Oxford University Press]
卷期号:51 (20): e103-e103 被引量:29
标识
DOI:10.1093/nar/gkad801
摘要

Abstract Spatial transcriptomics characterizes gene expression profiles while retaining the information of the spatial context, providing an unprecedented opportunity to understand cellular systems. One of the essential tasks in such data analysis is to determine spatially variable genes (SVGs), which demonstrate spatial expression patterns. Existing methods only consider genes individually and fail to model the inter-dependence of genes. To this end, we present an analytic tool STAMarker for robustly determining spatial domain-specific SVGs with saliency maps in deep learning. STAMarker is a three-stage ensemble framework consisting of graph-attention autoencoders, multilayer perceptron (MLP) classifiers, and saliency map computation by the backpropagated gradient. We illustrate the effectiveness of STAMarker and compare it with serveral commonly used competing methods on various spatial transcriptomic data generated by different platforms. STAMarker considers all genes at once and is more robust when the dataset is very sparse. STAMarker could identify spatial domain-specific SVGs for characterizing spatial domains and enable in-depth analysis of the region of interest in the tissue section.

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