2025年大學(xué)《生物科學(xué)》專業(yè)題庫——生物學(xué)家如何研究和解讀基因組考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪項(xiàng)技術(shù)通常被認(rèn)為是第一代測(cè)序技術(shù)？(A)Illumina測(cè)序(B)IonTorrent測(cè)序(C)Sanger測(cè)序(D)PacBio測(cè)序2.基因組組裝的主要目的是？(A)測(cè)定基因組中堿基對(duì)的具體序列(B)檢測(cè)基因組中的單核苷酸多態(tài)性(C)將大量短序列讀段（reads）拼接成完整的基因組或轉(zhuǎn)錄組序列(D)預(yù)測(cè)基因的編碼區(qū)域3.在基因組數(shù)據(jù)分析中，BLAST主要應(yīng)用于？(A)基因組序列的從頭組裝(B)基因或蛋白質(zhì)序列與已知數(shù)據(jù)庫進(jìn)行同源性比對(duì)，以獲取功能信息(C)檢測(cè)基因組中的重復(fù)序列(D)對(duì)基因組進(jìn)行物理圖譜構(gòu)建4.SNP和InDel分別指的是？(A)基因缺失和短串聯(lián)重復(fù)(B)單核苷酸插入和缺失(C)短串聯(lián)重復(fù)和長(zhǎng)串聯(lián)重復(fù)(D)基因復(fù)制和基因轉(zhuǎn)換5.基因組注釋的主要任務(wù)不包括？(A)確定基因組中基因的起始和終止位置(B)預(yù)測(cè)基因的開放閱讀框（ORF）(C)推斷基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件(D)測(cè)定基因表達(dá)的水平6.宏基因組學(xué)研究的對(duì)象是？(A)單個(gè)物種的全基因組(B)特定環(huán)境樣本中所有微生物的總DNA(C)某種特定基因家族的所有成員(D)線粒體或葉綠體的基因組7.以下哪項(xiàng)技術(shù)最常用于測(cè)定DNA片段在染色體上的物理位置？(A)基因測(cè)序(B)基因芯片分析(C)基因組重測(cè)序(D)基因組物理圖譜構(gòu)建8.基因組學(xué)研究中，比較不同物種基因組可以推斷？(A)它們的進(jìn)化關(guān)系(B)它們各自獨(dú)特的功能(C)它們基因組測(cè)序技術(shù)的優(yōu)劣(D)它們基因表達(dá)的模式9.NGS（下一代測(cè)序）技術(shù)相較于Sanger測(cè)序的主要優(yōu)勢(shì)之一是？(A)讀長(zhǎng)更長(zhǎng)(B)通量更大，成本更低(C)耗時(shí)更短(D)準(zhǔn)確性更高10.對(duì)基因組學(xué)研究應(yīng)用中涉及的倫理問題，以下哪項(xiàng)描述最為準(zhǔn)確？(A)基因組數(shù)據(jù)完全不會(huì)泄露個(gè)人隱私(B)個(gè)體基因組信息可能被用于歧視（如就業(yè)、保險(xiǎn)）(C)基因組學(xué)研究不會(huì)對(duì)生物多樣性造成影響(D)所有基因編輯技術(shù)都是安全無倫理爭(zhēng)議的二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.基因組是指一個(gè)生物體包含的所有_______的總和。2.Sanger測(cè)序的基本原理是利用_______引導(dǎo)的鏈延伸，并通過不同ddNTP的終止來區(qū)分堿基。3.基因組組裝通常分為_______組裝和_______組裝兩個(gè)主要階段。4._______是指基因組中一個(gè)堿基被另一個(gè)不同的堿基取代的變異。5.基因注釋的主要目標(biāo)是識(shí)別基因組中的_______并預(yù)測(cè)其功能。6.常用的基因組瀏覽器包括_______和Ensembl等。7.基因組重測(cè)序旨在對(duì)已知基因組進(jìn)行_______次及以上的深度測(cè)序。8.宏基因組學(xué)的研究有助于我們了解_______中微生物的群落結(jié)構(gòu)、功能及其與環(huán)境的相互作用。9.基因組學(xué)研究的核心在于從海量的_______中提取有價(jià)值的生物學(xué)信息。10.在進(jìn)行基因組數(shù)據(jù)分析時(shí)，通常需要對(duì)原始測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行_______和過濾，以去除低質(zhì)量reads。三、名詞解釋（每題3分，共15分。請(qǐng)用簡(jiǎn)潔的語言解釋下列名詞）1.基因組2.二代測(cè)序（NGS）3.變異檢測(cè)（VariantCalling）4.基因組注釋5.比較基因組學(xué)四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題）1.簡(jiǎn)述Sanger測(cè)序和Illumina測(cè)序在原理上的主要區(qū)別。2.簡(jiǎn)述基因組數(shù)據(jù)分析流程中的“序列比對(duì)”環(huán)節(jié)通常解決什么問題以及常用哪些工具。3.簡(jiǎn)述基因的功能注釋可能采用哪些方法？4.簡(jiǎn)述宏基因組學(xué)相比于研究單個(gè)微生物基因組的優(yōu)勢(shì)。五、論述題（每題10分，共20分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，深入闡述下列問題）1.論述高通量測(cè)序技術(shù)（NGS）的發(fā)展對(duì)基因組學(xué)研究模式帶來的深刻影響。2.結(jié)合實(shí)例，論述基因組學(xué)在人類疾病研究或診斷中的應(yīng)用前景。---試卷答案一、選擇題1.(C)2.(C)3.(B)4.(B)5.(D)6.(B)7.(D)8.(A)9.(B)10.(B)二、填空題1.DNA2.DNA聚合酶3.拼接；組裝4.SNP(單核苷酸多態(tài)性)5.基因6.UCSCGenomeBrowser7.多8.環(huán)境9.數(shù)據(jù)10.質(zhì)控三、名詞解釋1.基因組：指一個(gè)生物體包含的所有DNA（或遺傳物質(zhì)）的總和，包含了該生物體所有遺傳信息的完整集合。2.二代測(cè)序（NGS）：指能夠并行化、高通量地產(chǎn)生大量短序列讀段（通常幾百bp）的測(cè)序技術(shù)平臺(tái)，其特點(diǎn)是通量高、成本相對(duì)較低，但讀長(zhǎng)短、可能存在重復(fù)序列組裝難題。3.變異檢測(cè)（VariantCalling）：指在比較測(cè)序樣本的基因組數(shù)據(jù)與參考基因組時(shí)，識(shí)別出其中存在的差異（如SNP、InDel、結(jié)構(gòu)變異等）的過程。4.基因組注釋：指對(duì)基因組序列進(jìn)行解讀，識(shí)別其中的編碼區(qū)域（如基因）、非編碼功能元件（如調(diào)控序列），并賦予它們生物學(xué)屬性（如功能、表達(dá)調(diào)控信息等）的過程。5.比較基因組學(xué)：指通過比較不同物種的基因組序列、結(jié)構(gòu)、組成等信息，來推斷這些物種的進(jìn)化關(guān)系、基因組功能、以及生命普遍規(guī)律的研究領(lǐng)域。四、簡(jiǎn)答題1.Sanger測(cè)序的原理是基于DNA聚合酶的延伸作用，使用帶有熒光標(biāo)記的dideoxynucleotides(ddNTPs)作為終止子，ddNTP的摻入導(dǎo)致鏈延伸終止，通過毛細(xì)管電泳分離不同長(zhǎng)度的終止產(chǎn)物，從而確定每個(gè)堿基的位置。它是基于鏈終止的測(cè)序。Illumina測(cè)序的原理是合成測(cè)序（bysynthesis），利用可逆terminatorchemistry和熒光標(biāo)記的核苷酸，在流動(dòng)細(xì)胞中同時(shí)、平行地進(jìn)行大量DNA片段的合成。每次核苷酸添加后，通過成像系統(tǒng)檢測(cè)熒光信號(hào)確定添加的是哪種堿基，然后去除熒光標(biāo)記和可逆terminator，繼續(xù)下一輪合成。它是基于連續(xù)合成和檢測(cè)熒光信號(hào)的測(cè)序。2.序列比對(duì)環(huán)節(jié)的主要目的是將測(cè)序得到的短讀段（reads）與一個(gè)已知的參考基因組（ReferenceGenome）或數(shù)據(jù)庫中的序列進(jìn)行匹配，以確定這些讀段在參考基因組上的位置或它們之間的相似性。這有助于將測(cè)序數(shù)據(jù)映射到基因組上，是后續(xù)變異檢測(cè)、基因注釋等分析的基礎(chǔ)。常用的工具包括BLAST（用于同源性搜索）、Bowtie/BSMAP（用于精確映射）等。3.基因的功能注釋方法主要包括：①序列比對(duì)：將基因序列與已知功能基因數(shù)據(jù)庫（如Swiss-Prot、Pfam）中的序列進(jìn)行比對(duì)，如果找到高度相似的基因，則可以推斷其功能。②同源建模：如果基因序列與某個(gè)具有已知三維結(jié)構(gòu)且功能明確的蛋白質(zhì)序列同源，可以通過結(jié)構(gòu)域比對(duì)或同源建模方法預(yù)測(cè)其功能。③密碼子使用偏好分析：特定功能的基因可能具有獨(dú)特的密碼子使用模式。④實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：通過基因敲除、過表達(dá)等分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證基因的功能。⑤基因組特征分析：如基因所在的operon、基因的調(diào)控元件（啟動(dòng)子序列）等，可以提供功能線索。4.宏基因組學(xué)的優(yōu)勢(shì)在于能夠直接研究特定環(huán)境中所有微生物的遺傳物質(zhì)，而無需分離和培養(yǎng)這些微生物。這意味著它可以：①研究大量無法在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的微生物的遺傳多樣性；②發(fā)現(xiàn)大量新的基因和代謝途徑，了解環(huán)境中的生物地球化學(xué)循環(huán)過程；③評(píng)估微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能，及其對(duì)環(huán)境變化（如污染、氣候變暖）的響應(yīng)；④為疾病防治（如尋找病原體、開發(fā)益生菌）和生物能源、生物修復(fù)等領(lǐng)域提供新的思路和資源。五、論述題1.高通量測(cè)序技術(shù)（NGS）的發(fā)展對(duì)基因組學(xué)研究模式帶來了革命性的影響：首先，通量巨大、成本大幅下降使得對(duì)人類、動(dòng)植物、微生物進(jìn)行全基因組測(cè)序變得普及，極大地推動(dòng)了大規(guī)?；蚪M計(jì)劃（如人類基因組計(jì)劃）的進(jìn)程。其次，從“序列”到“數(shù)據(jù)”和“信息”的轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生了海量的基因組數(shù)據(jù)，催生了生物信息學(xué)的飛速發(fā)展，成為基因組學(xué)研究不可或缺的組成部分。再次，NGS不僅限于全基因組測(cè)序，還發(fā)展出靶向測(cè)序、宏基因組測(cè)序、單細(xì)胞測(cè)序等多種技術(shù)，使得在不同層次（物種、群落、細(xì)胞）和不同維度（轉(zhuǎn)錄組、表觀基因組）上研究基因組成為可能。最后，這些技術(shù)的應(yīng)用加速了從基礎(chǔ)研究到實(shí)際應(yīng)用的轉(zhuǎn)化，在遺傳病診斷、腫瘤個(gè)性化治療、動(dòng)植物育種、微生物組研究等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力，深刻地改變了生命科學(xué)的研究范式和疾病防控策略。2.基因組學(xué)在人類疾病研究或診斷中的應(yīng)用前景廣闊：在疾病研究方面，通過比較疾病患者與健康人群的基因組差異（如SNP、結(jié)構(gòu)變異、表觀遺傳修飾），可以識(shí)別與疾病發(fā)生發(fā)展相關(guān)的遺傳風(fēng)險(xiǎn)因素和潛在生物標(biāo)志物。例如，在癌癥研究中，通過全基因組測(cè)序或靶向測(cè)序可以發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)腫瘤發(fā)生的驅(qū)動(dòng)基因突變，為開發(fā)新的診斷和治療方法提供靶點(diǎn)。在疾病診斷方面，基因組學(xué)可用于：①遺傳病診斷：對(duì)已知遺傳病的家系成員進(jìn)行基因檢測(cè)，明確診斷，評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)，指導(dǎo)生育決策。②腫瘤精準(zhǔn)診斷：檢測(cè)腫瘤組織的基因組變異（如腫瘤特異性突變、MSI