【科研动态】华中科技大学生命学院宁康教授团队基于深度学习揭示了可逆启动子在细菌中的分布和进化模式

　　

可逆启动子是细菌中一种重要的调控元件，它们通过特定的DNA区域的可逆方向反转来改变基因表达状态，从而帮助细菌适应环境变化。这一现象在细菌的适应性、生存力和群体动态中起着关键作用。然而，可逆启动子的广泛性及其调控基因的功能模式仍在很大程度上未被探索。

2024年10月26日，华中科技大学生命学院宁康教授团队在国际权威期刊《Nucleic Acids Research 》在线发表题为“Deep learning revealed the distribution and evolution patterns for invertible promoters across bacterial lineages”研究论文。

本研究基于深度学习开发了识别倒位子(inverton)的模型DeepInverton，该模型能够独立于测序数据，有效识别细菌中的候选倒位子。本研究在68,733个细菌基因组和9,382个宏基因组（超过10T数据）中，揭示了超过20万个非冗余倒位子及其调控的基因功能模式。

研究发现，倒位子在细菌基因组中普遍存在，并在病原体中显示出显著的富集现象。DeepInverton探索人类和海洋宏基因组中的倒位子图谱，发现由倒位子调控的功能基因包括抗菌素耐药性、生物膜形成和鞭毛等，显示了它们在促进细菌环境适应中的潜在作用。体外验证也证实该模型鉴定出倒位子的功能。

该成果是利用人工智能探索微生物调控元件的代表性工作，不仅加深了我们对细菌相位变异现象的理解，也为医疗健康和环境适应等领域的应用提供了新的视角。

华中科技大学宁康教授通讯作者，华中科技大学硕士生文杰杰和博士生张浩博为论文的共同第一作者。华中科技大学生命科学与技术学院为第一完成单位。研究工作得到白虹教授和实验教学中心的支持和帮助。此外，该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。

宁康教授团队长期从事生物信息学、人工智能、大数据等方面研究，在生物大数据、微生物信息学、医学与人工智能、医工交叉等方面取得了丰硕的研究成果。

成果链接：

https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkae966/7845173