基因组大模型 · 技术解读

训练生命科学大模型时,哪些 DNA 序列真正值得学习?

Tessera 按序列对目标评测的作用重新组织训练数据。它揭示了哪些 DNA 被优先学习,也暴露出这张价值地图的人类任务边界。

160 个 DNA 数据来源,最后只有 41 个获得非零权重。2026 年 10 月 12 日,Radical Numerics 发布了这份训练数据筛选结果。但它没有给出一张通用的生命价值榜:这次筛选,围绕六个人类相关评测目标展开。

数据取自 Evo 2 背后的 OpenGenome2,覆盖原核生物、宏基因组、病毒、细胞器及真核基因区域等来源。团队把序列重新分组,再决定模型应该多读哪些。但结果比“优先读真核 DNA”更细:同一原始数据集内部,也存在明显取舍。

六个目标联合优化下的 DNA 行为空间与数据权重
六个目标联合优化下的 DNA 行为空间;蓝色表示来源权重,灰色表示零权重,右侧比较混合比例与原始池占比(图源:Radical Numerics 官网)
六目标联合 · DNA 数据池
160
按评测行为重新构建的来源
41
获得非零权重的来源
41.2%
混合后真核基因区域份额
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DNA · DATA MIXING

物种标签,为什么管不住训练价值?

想象给学生选教材:同属一本书的内容,可能一页帮他理解题目,另一页只是重复练习。按书名分配阅读时间,会把两页绑在一起。但训练数据也有类似问题:按物种、谱系或原始数据集设权重,同组序列只能一起被多读或少读。

因此,Tessera 把分组依据改为“读过之后,模型发生了什么变化”。序列的训练价值,要放进具体目标和已有语料里判断。但这里衡量的仍是代理模型在目标样例上的表现,不能把这个分数直接当成 DNA 的生物学重要性。

按主题分组与按评测作用分组的区别
同一批文档,按主题分组可能混合不同作用;按评测行为分组可减少这种捆绑,图中为官方概念示意(图源:Radical Numerics 官网)
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DNA · DATA MIXING

先让小模型试读,再给整个语料选座位

这套流程像先做一轮小规模试读。团队抽取数千份文档,分别让小型代理模型只在一份文档上继续训练。但它们并非从零起步:原文介绍的通用流程采用共享的、参数量低于一亿的预训练底座,随后观察各模型对目标样例的打分。

一份文档由此得到一串“读后反应”,团队再把主要差异压缩成坐标,称为行为空间。相近的坐标,代表相近的评测作用。但逐条试读全库仍然昂贵,所以第二步要学会预测这些坐标,把少量实测推广到未实测的序列。

Tessera 的测量、推广、分组与混合流程
Tessera 的三阶段流程:少量文档实测、全库行为预测、来源聚类与数据混合;图中通用流程也适用于 DNA(图源:Radical Numerics 官网)

到了 DNA,预测器使用短 DNA“词”的计数和序列长度等统计信息。这些简单特征用于估计评测行为,随后把序列聚成 160 个来源。但来源的边界不再沿着物种标签划定:来自不同原始子集的序列,也可能因作用相似被放在一起。

最后,再用 MixMin 等代理模型混合方法,为这些新来源分配权重。Tessera 改造的是“哪些序列应该归为一组”,混合优化接在后面。但集中读取小来源可能带来过度重复,原文的方法细节还给每个来源设置了最多读一遍的约束。

从逐文档测量到多目标数据混合的整体思路
先按文档行为构建来源,再探索不同目标下的数据配方;图中“数千来源”是通用扩展方向,本文 DNA 实例使用 160 个来源(图源:Radical Numerics 官网)
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DNA · DATA MIXING

真核 DNA 获得更多份额,但大多数仍没被选中

联合六个目标时,获得非零权重的 41 个来源,包含约四分之一的数据池令牌。真核基因区域的份额,从原始池约 29% 升到图中所示的 41.2%。但宏基因组降至 3.7%,GTDB 原核来源降至 0.9%,病毒来源的份额则接近零。

更值得留意的是组内差异。原始池约 70% 的真核基因区域序列,落在零权重来源中。但这个事实并不与真核份额上升矛盾:一个数据集整体被增配,不等于其中每条序列都值得增配。粗粒度标签,恰好遮住了这层区别。

联合目标下 OpenGenome2 原始子集的混合比例
联合目标的数据配方局部放大:蓝条为混合后占比,黑色刻线为原始池占比;该图是前述官网 DNA 图的侧栏裁切(图源:Radical Numerics 官网)

被重点增配的一个来源,主要包含鸟类和哺乳动物等脊椎动物 DNA。大量片段位于基因之间,带着古老重复元件;约四成文档包含基因及其外显子、内含子。但它们并没有被事先贴上“优质非编码区”的标签,注释是在分组之后才用于解释结果。

对照的降配来源,则多是土壤和水体细菌,序列几乎一路由编码区构成。同样是 DNA,一个来源保留了复杂的基因周边结构,另一个更为均一。但这只是一组案例对照,不能据此宣布所有非编码序列都比编码序列更适合训练。

增配与降配 DNA 来源的部分注释轨道
左侧为增配来源中的脊椎动物片段,右侧为降配来源中的细菌片段;截取部分完整序列轨道,注释仅用于事后解释(图源:Radical Numerics 官网)

团队给出的解释指向冗余:细菌编码序列在数据池里本来就很充足,再读类似片段,新增收益可能有限。18 个以原核或病毒序列为主的来源中,只有一个被增配。但“新增信息少”仍是团队对结果的解释,文章没有逐一证明这些序列为何失去权重。

这也改变了“值得学习”的问法。在固定训练预算下,零权重代表当前配方的取舍,不能推导成序列没有功能。但若把这份配方直接套到微生物研究或新物种任务上,恰好可能少读了最需要的数据;下调权重始终需要连同目标一起理解。

增配来源中一条序列的基因与碱基细节
增配来源中 Talpa occidentalis 的 8,192 bp 片段,显示 ADAMTS9 周边注释与局部碱基;此图解释序列内容,不证明该基因驱动增配(图源:Radical Numerics 官网)
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DNA · DATA MIXING

“四倍收益”,先别算到 DNA 头上

方法是否有效?原文更完整的训练对照来自语言模型。在四亿参数实验里,行为分组相对均匀采样的平均损失改善为 0.110 nats/token,主题分组为 0.026。但所谓“约四倍”,比较的是改善幅度,既不是模型能力翻四倍,也不是 DNA 模型成绩。

扩展到十亿参数,行为分组仍带来 0.079 nats/token 的改善,主题分组约为 0.001。这些对照支持了更精细的分组能帮助训练。但 DNA 章节主要展示数据池结构与权重解释,没有给出同等完整的最终模型性能对照,证据强度需要分开看。

四亿与十亿参数语言模型的数据分组对照
语言模型的六项评测平均损失改善,均以均匀采样为基准;上、下分别为四亿与十亿参数,误差线为标准误(图源:Radical Numerics 官网)

还要看清考题。DNA 的五类序列目标,来自人类编码区、启动子、下游区、增强子与非编码 RNA 区域。但第六个孟德尔变异相关目标,拟合混合比例时使用的是变异周围的参考序列,不能仅凭“VEP”标签,就认定它在直接优化致病分类。

只选这个变异相关目标,官网图中的非零权重来源变为 21 个,配方也随之变化。优化参考序列的预测损失,与提高致病变异判别能力,之间还需要独立验证。但原文没有在 DNA 部分提供这种直接的分类提升证据,更不能由此推到临床应用。

只针对孟德尔变异相关目标拟合的 DNA 配方
官网交互图切换至 VEP Mendelian 后的状态:21 个来源获得非零权重;这是参考序列目标下的配方,非临床分类成绩(图源:Radical Numerics 官网)
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DNA · DATA MIXING

先选要学会的能力,再谈最优配方

多个能力同时存在时,数据配方也会遇到“顾此失彼”。团队在语言实验中,为 70 个评测设置不同偏好,在三种代理规模下拟合了共 48,000 份配方。但这不意味着从头训练了 48,000 个大模型,展示的权衡地图来自代理模型预测。

这些配方描出一条能力间的权衡边界:想继续改善一个目标,可能需要让出另一个目标的表现,这叫帕累托前沿。目标偏好决定该选哪份配方。但这张图的具体结果来自语言实验;对生命科学的启发,是先说明模型要服务谁,再评判数据是否值得投入。

不同语言评测偏好下的数据混合权衡地图
约 16,000 份语言数据配方的代理预测投影;示例先保留 HellaSwag 最优 5%,再选 HumanEval 最优者,非 DNA 实测性能图(图源:Radical Numerics 官网)

训练团队由此多了一种审视数据的方法:先抽样测作用,再预测全库行为,最后围绕明确目标选择配方。但这份 DNA 地图目前仍围绕人类相关考题,代理误差、目标覆盖和跨规模迁移也都需要继续检验。选择规则比一张固定名单更有价值。

如果未来要让模型理解一段陌生微生物的 DNA,就必须重新问:哪些考题能代表这项能力,现有语料又遗漏了什么?但当评测尚未覆盖未知生命时,一套漂亮的混合权重,也可能只是在告诉模型如何更擅长已知的考题。那些尚未被问到的序列,谁来决定它们值不值得学?