單細胞空間轉錄組培訓考核試題（附答案）一、單選題（每題2分，共30分）1.以下哪種技術不屬于單細胞轉錄組測序技術？A.SMART-seq2B.10xGenomicsChromiumC.RNA-seqD.Drop-seq答案：C2.單細胞空間轉錄組技術能夠同時獲得細胞的：A.基因表達信息和形態(tài)信息B.基因表達信息和空間位置信息C.蛋白質(zhì)表達信息和空間位置信息D.代謝物信息和空間位置信息答案：B3.在單細胞空間轉錄組數(shù)據(jù)中，“spot”通常代表：A.單個細胞B.一群細胞C.一個基因D.一個轉錄本答案：B4.以下哪個軟件常用于單細胞空間轉錄組數(shù)據(jù)的可視化？A.DESeq2B.SeuratC.limmaD.edgeR答案：B5.單細胞空間轉錄組實驗中，組織切片的厚度一般為：A.1-2μmB.5-10μmC.20-30μmD.50-100μm答案：B6.空間轉錄組數(shù)據(jù)的歸一化方法不包括：A.TPM歸一化B.FPKM歸一化C.批次效應校正歸一化D.分位數(shù)歸一化答案：C7.在單細胞空間轉錄組分析中，聚類分析的目的是：A.找出差異表達基因B.識別具有相似基因表達模式的細胞群體C.確定細胞的空間位置D.分析基因的功能富集答案：B8.以下哪種標記物常用于識別空間轉錄組切片中的不同細胞類型？A.管家基因B.細胞特異性標記基因C.轉錄因子基因D.線粒體基因答案：B9.單細胞空間轉錄組技術中，原位捕獲mRNA的方法是：A.通過帶有寡聚dT的探針B.通過隨機引物C.通過PCR擴增D.通過RNA雜交答案：A10.對于空間轉錄組數(shù)據(jù)，以下哪種降維方法最常用？A.PCA（主成分分析）B.ICA（獨立成分分析）C.t-SNED.UMAP答案：A11.在分析空間轉錄組數(shù)據(jù)時，用于檢測基因共表達模塊的算法是：A.WGCNAB.MonocleC.ScanpyD.CellRank答案：A12.單細胞空間轉錄組實驗中，防止RNA降解的關鍵步驟是：A.組織固定B.切片制備C.mRNA捕獲D.文庫構建答案：A13.以下哪個數(shù)據(jù)庫可用于查詢空間轉錄組相關的研究數(shù)據(jù)？A.GEOB.KEGGC.ReactomeD.UniProt答案：A14.空間轉錄組數(shù)據(jù)中，基因表達的可視化可以使用的圖不包括：A.散點圖B.熱圖C.火山圖D.小提琴圖答案：D15.單細胞空間轉錄組技術對于研究腫瘤微環(huán)境的重要意義在于：A.揭示腫瘤細胞的基因突變情況B.確定腫瘤細胞的起源C.分析腫瘤細胞與周圍細胞的空間關系和相互作用D.評估腫瘤的化療效果答案：C二、多選題（每題3分，共30分）1.單細胞空間轉錄組技術的應用領域包括：A.發(fā)育生物學B.神經(jīng)科學C.腫瘤學D.免疫學答案：ABCD2.以下屬于單細胞空間轉錄組技術優(yōu)點的有：A.能夠保留細胞的空間信息B.可以檢測低豐度轉錄本C.可以同時分析大量細胞D.可以準確鑒定細胞類型答案：ABCD3.在單細胞空間轉錄組數(shù)據(jù)處理中，質(zhì)量控制的指標包括：A.每個spot的基因數(shù)B.線粒體基因比例C.核糖體基因比例D.每個spot的轉錄本數(shù)答案：ABCD4.常用的單細胞空間轉錄組數(shù)據(jù)分析流程包括：A.數(shù)據(jù)預處理B.聚類分析C.差異表達分析D.空間模式分析答案：ABCD5.以下哪些方法可用于單細胞空間轉錄組數(shù)據(jù)的細胞類型注釋？A.基于已知標記基因的注釋B.基于參考數(shù)據(jù)集的注釋C.基于機器學習算法的注釋D.基于基因調(diào)控網(wǎng)絡的注釋答案：ABC6.空間轉錄組實驗中，可能影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素有：A.組織保存條件B.切片厚度C.探針特異性D.文庫構建過程中的PCR擴增效率答案：ABCD7.在分析單細胞空間轉錄組數(shù)據(jù)時，可用于識別細胞間相互作用的方法有：A.配體-受體分析B.基因共表達分析C.空間鄰近分析D.功能富集分析答案：ABC8.單細胞空間轉錄組技術與傳統(tǒng)轉錄組技術相比，其獨特之處在于：A.能夠檢測單個細胞的轉錄組B.能夠保留細胞的空間位置信息C.可以分析細胞間的相互作用D.可以檢測更多的基因答案：ABC9.對于空間轉錄組數(shù)據(jù)的可視化，常用的工具和方法有：A.Seurat的FeaturePlotB.空間熱圖C.空間點圖D.軌跡圖答案：ABC10.單細胞空間轉錄組技術在藥物研發(fā)中的應用包括：A.發(fā)現(xiàn)新的藥物靶點B.評估藥物的療效和毒性C.研究藥物作用的細胞和分子機制D.篩選藥物的最佳劑量答案：ABC三、判斷題（每題1分，共10分）1.單細胞轉錄組技術只能獲得細胞的基因表達信息，無法獲得細胞的空間位置信息。（√）2.空間轉錄組實驗中，組織切片越厚，捕獲的mRNA數(shù)量越多，數(shù)據(jù)質(zhì)量越好。（×）3.在單細胞空間轉錄組數(shù)據(jù)分析中，批次效應校正可以消除不同實驗批次之間的技術差異。（√）4.聚類分析可以將具有不同基因表達模式的細胞分開，但不能確定細胞的具體類型。（√）5.單細胞空間轉錄組技術可以直接檢測細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)表達水平。（×）6.空間轉錄組數(shù)據(jù)的歸一化是為了使不同樣本之間的基因表達數(shù)據(jù)具有可比性。（√）7.基于參考數(shù)據(jù)集的細胞類型注釋方法需要有已知細胞類型的參考數(shù)據(jù)集。（√）8.空間轉錄組實驗中，mRNA捕獲效率不會影響最終的數(shù)據(jù)質(zhì)量。（×）9.單細胞空間轉錄組技術可以用于研究細胞的發(fā)育軌跡。（√）10.在空間轉錄組數(shù)據(jù)的可視化中，熱圖主要用于展示基因在不同細胞或空間位置上的表達差異。（√）四、簡答題（每題10分，共20分）1.簡述單細胞空間轉錄組技術的基本原理。單細胞空間轉錄組技術結合了單細胞轉錄組測序和空間信息定位的方法。其基本原理如下：首先，將組織樣本進行切片處理，通常切成5-10μm的薄片。然后，在特定的載玻片或芯片上，預先設計好帶有空間條形碼和寡聚dT序列的探針。寡聚dT序列可以與細胞內(nèi)mRNA的poly-A尾巴結合，從而捕獲細胞內(nèi)的mRNA。在捕獲mRNA后，通過逆轉錄將mRNA轉化為cDNA，并添加獨特的分子標識符（UMI）以區(qū)分不同的轉錄本。接著，對cDNA進行擴增和建庫，構建測序文庫。最后，利用高通量測序技術對文庫進行測序，得到每個細胞或空間位置上的基因表達數(shù)據(jù)。通過對空間條形碼的分析，可以確定每個轉錄本所在的空間位置，從而實現(xiàn)基因表達信息與空間位置信息的關聯(lián)。2.請說明單細胞空間轉錄組數(shù)據(jù)分析中聚類分析和差異表達分析的主要目的和方法。聚類分析：主要目的：聚類分析的目的是將具有相似基因表達模式的細胞或空間區(qū)域分組，識別出不同的細胞群體或具有相似功能的區(qū)域。通過聚類，可以發(fā)現(xiàn)組織中不同的細胞類型或細胞亞群，為后續(xù)的細胞類型注釋和功能分析提供基礎。方法：常用的聚類方法有基于圖的聚類算法，如Seurat中的Louvain算法。該算法首先計算細胞之間的相似性矩陣，通常基于基因表達的歐氏距離或余弦相似度。然后，根據(jù)相似性矩陣構建細胞的鄰接圖，通過迭代優(yōu)化模塊度的方式將細胞劃分為不同的簇。另外，也可以使用層次聚類方法，根據(jù)細胞之間的距離逐步合并或分裂細胞群，形成樹形結構的聚類結果。差異表達分析：主要目的：差異表達分析用于找出在不同細胞群體、不同空間區(qū)域或不同實驗條件下表達水平有顯著差異的基因。這些差異表達基因可能與細胞的功能分化、疾病發(fā)生發(fā)展等過程相關，有助于揭示生物學過程的分子機制。方法：常用的差異表達分析方法有DESeq2、edgeR和limma等。這些方法通?；谪摱椃植蓟蛘龖B(tài)分布模型，對基因的表達計數(shù)數(shù)據(jù)進行建模。首先，對原始的基因表達計數(shù)數(shù)據(jù)進行歸一化處理，以消除測序深度等技術因素的影響。然后，通過統(tǒng)計檢驗（如Wald檢驗或likelihood-ratio檢驗）比較不同組之間基因的表達水平，計算p值和調(diào)整后的p值（如FDR）。最后，根據(jù)設定的閾值（如FDR<0.05且|log2FC|>1）篩選出差異表達基因。五、論述題（10分）請論述單細胞空間轉錄組技術在神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究中的應用前景。單細胞空間轉錄組技術為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究帶來了新的機遇和視角，具有廣闊的應用前景，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1.揭示神經(jīng)系統(tǒng)細胞異質(zhì)性神經(jīng)系統(tǒng)由多種不同類型的細胞組成，包括神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞等，且每種細胞又存在不同的亞群。單細胞空間轉錄組技術可以在單細胞水平上解析這些細胞的基因表達特征，準確識別不同的細胞類型和亞群，并確定它們在神經(jīng)系統(tǒng)中的空間分布。例如，在阿爾茨海默?。ˋD）研究中，通過該技術可以發(fā)現(xiàn)新的神經(jīng)元亞群或膠質(zhì)細胞亞群，這些亞群可能與疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關。了解這些細胞亞群的分布和功能，有助于深入理解神經(jīng)系統(tǒng)的正常生理功能和疾病狀態(tài)下的細胞變化機制。2.研究神經(jīng)細胞間相互作用神經(jīng)系統(tǒng)的正常功能依賴于細胞間復雜的相互作用。單細胞空間轉錄組技術能夠同時獲得細胞的基因表達信息和空間位置信息，從而可以分析不同細胞類型之間的空間關系和相互作用。在帕金森病中，通過分析多巴胺能神經(jīng)元與周圍膠質(zhì)細胞的空間分布和基因表達情況，可以揭示它們之間的信號傳遞通路和相互調(diào)控機制。研究表明，小膠質(zhì)細胞的活化與多巴胺能神經(jīng)元的損傷密切相關，單細胞空間轉錄組技術可以幫助我們深入了解這種相互作用的分子基礎，為開發(fā)針對細胞間相互作用的治療策略提供依據(jù)。3.解析神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病機制神經(jīng)系統(tǒng)疾病往往涉及多個細胞類型和復雜的分子網(wǎng)絡。單細胞空間轉錄組技術可以在空間背景下研究疾病相關基因的表達變化和細胞特異性的分子改變。例如，在腦腫瘤研究中，該技術可以揭示腫瘤細胞與周圍正常神經(jīng)組織的相互作用，以及腫瘤微環(huán)境中不同細胞類型的基因表達特征。通過比較腫瘤組織和正常組織的單細胞空間轉錄組數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)疾病特異性的分子標志物和信號通路，為疾病的早期診斷和發(fā)病機制的深入研究提供關鍵信息。4.藥物研發(fā)和個性化治療單細胞空間轉錄組技術可以為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的藥物研發(fā)提供重要的靶點和生物標志物。通過分析疾病相關細胞類型的基因表達譜，可以篩選出潛在的藥物靶點。同時，該技術還可以評估藥物對不同細胞類型的作用效果和空間分布的影響，為藥物的優(yōu)化和個性化治療方案的制定提供依據(jù)。例如，在多發(fā)性硬化癥的治療中，通過單細胞空間轉錄組技術可以監(jiān)測藥物治療前后不同細胞類型的基因表達變化和空間分布改變，從而評估藥物的療效和安全性，實現(xiàn)個性化的精準治療。5.神經(jīng)發(fā)育和再生研究神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)