2025年大學(xué)《生物信息學(xué)》專業(yè)題庫——生物信息學(xué)在畜禽學(xué)研究中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)的首字母填入括號內(nèi)）1.在畜禽遺傳多樣性研究中，用于檢測微衛(wèi)星標(biāo)記（SSR）重復(fù)序列長度的技術(shù)主要是？A.DNA測序B.SouthernBlottingC.基因芯片雜交D.限制性片段長度多態(tài)性（RFLP）分析2.下列哪個數(shù)據(jù)庫是獲取大型基因組序列組裝圖譜和注釋信息的主要資源之一？A.NCBIGeneB.UniProtC.EnsemblD.PDB3.RNA-Seq數(shù)據(jù)分析中，用于識別在不同條件下表達(dá)水平發(fā)生顯著變化的基因的常用方法是？A.基因組測序（GenomeSequencing）B.變異檢測（VariantCalling）C.差異表達(dá)分析（DifferentialExpressionAnalysis）D.軟件包版本管理（如Conda,Bioconductor）4.全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）的主要目的是？A.構(gòu)建高密度基因圖譜B.精確估計(jì)基因型頻率C.尋找與特定性狀或疾病相關(guān)的遺傳變異位點(diǎn)D.完成基因組序列的從頭組裝5.用于從生物序列數(shù)據(jù)庫中搜索查詢序列相似性的在線工具是？A.BLASTB.ClustalWC.HMMERD.Bowtie6.在比較不同物種基因組時，常用來衡量基因組之間相似程度或進(jìn)化關(guān)系的指標(biāo)是？A.GC含量B.基因排序一致性C.K-mer頻率D.基因密度7.畜禽研究中，利用RNA-Seq數(shù)據(jù)繪制基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的主要目的是？A.獲得最長的轉(zhuǎn)錄本序列B.鑒定基因表達(dá)的時間變化C.揭示基因之間潛在的相互作用和調(diào)控關(guān)系D.精確量化每個基因的表達(dá)水平8.對DNA序列進(jìn)行排序和組裝，以構(gòu)建基因組草圖或完整基因組的過程稱為？A.序列比對（SequenceAlignment）B.基因預(yù)測（GenePrediction）C.基因組組裝（GenomeAssembly）D.變異注釋（VariantAnnotation）9.限制性內(nèi)切酶圖譜（RFLP）分析在早期畜禽分子標(biāo)記研究中扮演了重要角色，其主要原理基于？A.DNA序列的高度特異性B.RNA的二級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性C.限制性內(nèi)切酶識別并切割特定DNA序列D.基因表達(dá)的時空特異性10.在進(jìn)行RNA-Seq數(shù)據(jù)差異表達(dá)分析時，對原始計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理的主要目的是？A.降低測序錯誤率B.消除不同樣本間測序深度和組成差異的影響C.增加序列的相似性D.減少數(shù)據(jù)量二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填入橫線處）1.利用高通量測序技術(shù)對生物體的全部______進(jìn)行測序的技術(shù)稱為全基因組測序（WGS）。2.在生物信息學(xué)中，K-mer是指從DNA或RNA序列中提取的長度為K的______。3.基因組選擇（GenomicSelection,GS）利用全基因組標(biāo)記信息來預(yù)測個體遺傳值，常應(yīng)用于畜禽______和______。4.DNA甲基化是一種重要的表觀遺傳修飾，通常發(fā)生在______的胞嘧啶堿基上，形成5-甲基胞嘧啶（5mC）。5.BLAST（BasicLocalAlignmentSearchTool）算法的核心思想是______。6.用于評估RNA-Seq數(shù)據(jù)中基因表達(dá)定量準(zhǔn)確性的指標(biāo)之一是______。7.QTL（QuantitativeTraitLocus）是指控制______性狀的基因或染色體片段。8.GO（GeneOntology）數(shù)據(jù)庫提供了關(guān)于基因或蛋白質(zhì)的______、______和______三大方面的標(biāo)準(zhǔn)化描述。9.通過對大量基因表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，鑒定在特定條件下顯著上調(diào)或下調(diào)的基因集合，稱為______分析。10.限制性性別鑒定（STRONG）技術(shù)利用不同性別個體在Y染色體短臂上的______標(biāo)記進(jìn)行性別判斷。三、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述利用RNA-Seq數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的基本流程，至少包含三個主要步驟。2.簡述全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）的基本原理及其在畜禽育種中的應(yīng)用前景。3.簡述生物信息學(xué)在畜禽疾病基因組學(xué)研究中的主要作用。4.什么是基因芯片？它在畜禽研究中可以用于哪些方面？四、論述題（每題10分，共30分。請結(jié)合具體分析過程或研究實(shí)例進(jìn)行闡述）1.設(shè)計(jì)一個利用RNA-Seq數(shù)據(jù)研究某種重要經(jīng)濟(jì)性狀（如產(chǎn)奶量）相關(guān)基因差異表達(dá)的初步分析方案。請說明需要使用的主要分析方法、關(guān)鍵軟件工具以及結(jié)果解讀的基本思路。2.比較全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）和基因組選擇（GS）在畜禽遺傳育種研究中的異同點(diǎn)，并討論它們各自的優(yōu)勢和局限性。3.結(jié)合一個具體的例子（如某個重要疾病的易感基因研究或某個優(yōu)良經(jīng)濟(jì)性狀的基因挖掘），闡述生物信息學(xué)分析在推動現(xiàn)代畜禽科學(xué)研究中發(fā)揮的關(guān)鍵作用。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.C5.A6.B7.C8.C9.C10.B解析：1.SSR標(biāo)記長度檢測依賴PCR擴(kuò)增后測序，或直接對基因組DNA文庫中的克隆進(jìn)行測序分析，核心是DNA測序技術(shù)。A正確。SouthernBlotting用于DNA片段檢測，B錯誤?；蛐酒糜诨虮磉_(dá)或序列檢測，C錯誤。RFLP分析基于限制性內(nèi)切酶識別，但問題問的是檢測長度，D錯誤。2.Ensembl是歐洲的大型基因組數(shù)據(jù)庫，提供豐富的基因組組裝、注釋信息。A、B、D分別是基因、蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫。C正確。3.差異表達(dá)分析是RNA-Seq的核心分析目標(biāo)之一，旨在找出條件間表達(dá)有顯著變化的基因。A是測序方法。B是變異分析。D是軟件管理。C正確。4.GWAS通過在全基因組范圍內(nèi)檢測遺傳標(biāo)記與性狀/疾病之間的關(guān)聯(lián)，定位相關(guān)性狀基因。A、B、D描述的功能與GWAS不符。C正確。5.BLAST是標(biāo)準(zhǔn)的序列相似性搜索工具。B、C、D分別是多序列比對、隱馬爾可夫模型搜索和短序列比對工具。A正確。6.比較基因組學(xué)常通過衡量基因組間基因排序的一致性來評估其相似性和進(jìn)化關(guān)系。A、C、D描述的指標(biāo)與比較關(guān)系不直接相關(guān)。B正確。7.繪制基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)旨在揭示基因間的相互作用和調(diào)控模式，解釋復(fù)雜的生物學(xué)過程。A、B、D描述的是其他分析目的。C正確。8.基因組組裝是將大規(guī)模測序產(chǎn)生的短序列片段（reads）拼接成較長連續(xù)序列（contigs、scaffolds）以構(gòu)建基因組的過程。A、B、D描述的是其他過程。C正確。9.RFLP分析依賴于限制性內(nèi)切酶識別并切割特定位點(diǎn)的DNA序列，從而產(chǎn)生特征性片段圖譜。A、B、D描述的不是其核心原理。C正確。10.RNA-Seq數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化是為了消除樣本間測序深度、基因長度、RNA豐度等因素的影響，使不同樣本的表達(dá)量具有可比性。A、C、D描述的影響或目的不直接對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化。B正確。二、填空題1.轉(zhuǎn)錄組2.子串/短序列3.育種；疾病防控4.DNA（脫氧核糖核酸）5.局部對齊6.效率（或R2）7.數(shù)量性狀8.功能；生物學(xué)過程；分子功能9.差異表達(dá)10.STR（短串聯(lián)重復(fù)序列）解析：1.RNA-Seq直接測序的是生物體在特定時間點(diǎn)的轉(zhuǎn)錄本（RNA），即轉(zhuǎn)錄組。2.K-mer是從長序列中提取的特定長度（K）的子字符串。3.GS是現(xiàn)代畜禽育種的重要手段，用于快速預(yù)測育種值，也用于疾病遺傳背景研究。疾病防控也利用生物信息學(xué)進(jìn)行遺傳風(fēng)險評估等。4.DNA甲基化是最常見的表觀遺傳修飾，發(fā)生在DNA的嘧啶堿基上，主要是胞嘧啶。5.BLAST通過尋找查詢序列與數(shù)據(jù)庫序列中的局部對齊來評估相似性。6.RNA-Seq數(shù)據(jù)的效率（R2）或Pearson相關(guān)系數(shù)可以衡量計(jì)算得到的表達(dá)量與真實(shí)表達(dá)量之間的擬合程度。7.QTL是影響連續(xù)性狀（數(shù)量性狀）的基因位點(diǎn)。8.GO數(shù)據(jù)庫提供功能（Function）、生物學(xué)過程（BiologicalProcess）和分子功能（MolecularFunction）三個方面的標(biāo)準(zhǔn)注釋。9.差異表達(dá)分析旨在找出在不同條件下表達(dá)水平有顯著差異的基因。10.限制性性別鑒定（STRONG）技術(shù)利用Y染色體上高度多態(tài)的STR標(biāo)記進(jìn)行性別判斷。三、簡答題1.RNA-Seq數(shù)據(jù)分析流程：*數(shù)據(jù)預(yù)處理：包括原始數(shù)據(jù)質(zhì)量控制（去除低質(zhì)量讀段、過濾接頭序列等）、讀段比對（將RNA-Seq讀段比對到參考基因組或轉(zhuǎn)錄組）；（若為非編碼RNA研究，還包括讀段分類）*表達(dá)定量：計(jì)算基因或轉(zhuǎn)錄本的豐度，常用方法有基于比對腳本的計(jì)數(shù)（如featureCounts）或模型化方法（如Cufflinks,Salmon,Kallisto）；（若為非編碼RNA研究，還包括各類非編碼RNA預(yù)測與定量工具）*差異表達(dá)分析：比較不同組間的基因表達(dá)差異，常用方法有t-test、ANOVA、DESeq2、edgeR等，旨在識別顯著差異表達(dá)的基因。2.GWAS原理及應(yīng)用前景：*原理：GWAS在全基因組范圍內(nèi)掃描大量遺傳標(biāo)記（通常是SNP），統(tǒng)計(jì)每個標(biāo)記與目標(biāo)性狀/疾病表型的關(guān)聯(lián)程度（如P值），從而定位與性狀/疾病相關(guān)的基因或染色體區(qū)域。其基本假設(shè)是如果某個標(biāo)記處于與目標(biāo)性狀連鎖的基因附近，那么該標(biāo)記的頻率在攜帶不同等位基因的個體中會與性狀/疾病的頻率顯著相關(guān)。*應(yīng)用前景：在畜禽育種中，GWAS可用于定位影響經(jīng)濟(jì)性狀（如生長速度、產(chǎn)奶量、抗病性）的基因，為分子標(biāo)記輔助選擇提供依據(jù)，加速育種進(jìn)程。在疾病研究中醫(yī)學(xué)可用于發(fā)現(xiàn)疾病易感基因，為疾病的早期診斷、預(yù)防和治療提供線索。3.生物信息學(xué)在畜禽疾病基因組學(xué)研究中的作用：*病原體基因組分析：生物信息學(xué)工具可用于組裝、注釋和分析動物疫病病原體的基因組，揭示其遺傳結(jié)構(gòu)、變異特征、致病機(jī)制和流行規(guī)律。*宿主遺傳易感性研究：通過全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）等方法，鑒定與畜禽疾病易感性相關(guān)的基因變異，理解疾病的遺傳基礎(chǔ)。*宿主-病原互作分析：分析宿主和病原體基因組、轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的差異，研究它們在感染過程中的相互作用機(jī)制。*藥物靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)：通過分析疾病相關(guān)基因的功能和通路，識別潛在的藥物作用靶點(diǎn)。*疾病診斷標(biāo)記物發(fā)掘：基于基因組、轉(zhuǎn)錄組等數(shù)據(jù)，尋找可用于疾病早期診斷或分型的生物標(biāo)記物。4.基因芯片及其應(yīng)用：*基因芯片（又稱DNA芯片、微陣列）是一種高密度固相載體，上面固定了大量特定的生物分子（如DNA片段、RNA、蛋白質(zhì)、抗體等），能夠同時檢測成千上萬個基因或分子靶標(biāo)的表達(dá)水平或相互作用。*應(yīng)用：在畜禽研究中，基因芯片可用于：*基因表達(dá)譜分析：同時檢測大量基因在特定條件（如不同發(fā)育階段、應(yīng)激處理、疾病狀態(tài)）下的表達(dá)變化。*疾病診斷與分型：檢測與疾病相關(guān)的基因表達(dá)差異，用于疾病診斷或預(yù)后判斷。*藥物篩選與毒理學(xué)研究：評估藥物或毒物對生物體基因表達(dá)的影響。*遺傳變異檢測：通過比較不同個體芯片上的信號強(qiáng)度差異，間接檢測SNP等變異。*父系/母系特異性表達(dá)分析：研究X染色體失活等父系或母系遺傳影響的基因表達(dá)模式。四、論述題1.RNA-Seq差異表達(dá)分析方案：*分析目的：研究某種重要經(jīng)濟(jì)性狀（如產(chǎn)奶量）相關(guān)基因在不同處理（如不同飼料、泌乳期）或不同群體（如高/低產(chǎn)奶量）間的表達(dá)差異。*數(shù)據(jù)獲取與預(yù)處理：獲取條件/群體間的RNA-Seq原始測序數(shù)據(jù)（如FASTQ格式）。進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量評估（如FastQC），去除低質(zhì)量讀段、接頭序列等。將處理后的讀段比對到參考基因組（如使用STAR,HISAT2）。*表達(dá)定量：使用合適的工具計(jì)算基因/轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)量。對于多條件數(shù)據(jù)，可使用DESeq2或edgeR等R包進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和差異表達(dá)分析。計(jì)算每個基因在不同條件/群體間的表達(dá)量（如FPKM,TPM）。*差異表達(dá)分析：利用DESeq2或edgeR進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，確定哪些基因的表達(dá)水平在不同條件/群體間存在顯著差異（通常設(shè)定P值閾值如0.05，F(xiàn)oldChange閾值如2或特定倍數(shù)）。輸出顯著差異表達(dá)的基因列表。*結(jié)果解讀：對顯著差異表達(dá)的基因進(jìn)行功能注釋（如使用GO數(shù)據(jù)庫或KEGG通路數(shù)據(jù)庫），分析上調(diào)和下調(diào)基因的功能富集，推測它們在調(diào)控產(chǎn)奶量相關(guān)生物學(xué)過程中的潛在作用。繪制熱圖、火山圖等可視化圖表展示結(jié)果。進(jìn)一步可進(jìn)行相關(guān)性分析、蛋白互作網(wǎng)絡(luò)分析等深入挖掘。2.GWAS與GS的比較：*共同點(diǎn)：都依賴于全基因組范圍內(nèi)的遺傳標(biāo)記信息（主要是SNP）。都旨在利用基因組信息來預(yù)測個體遺傳價值或關(guān)聯(lián)性。都可用于畜禽遺傳育種研究，加速優(yōu)良性狀的遺傳改良。分析中都需要進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理（如質(zhì)量控制和SNP篩選）和關(guān)聯(lián)分析計(jì)算。*不同點(diǎn)：*分析目標(biāo)：GWAS主要目標(biāo)是識別與特定性狀/疾病顯著關(guān)聯(lián)的基因或QTL區(qū)域，推斷其遺傳效應(yīng)和作用機(jī)制。GS主要目標(biāo)是利用全基因組標(biāo)記預(yù)測個體的育種值（如生長、繁殖、抗病等綜合性能），直接用于個體選擇。*統(tǒng)計(jì)模型：GWAS通常使用線性回歸模型（如PLINK,GCTA單點(diǎn)分析），關(guān)注單個標(biāo)記與表型的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度。GS常使用更復(fù)雜的混合模型（如GBLUP,REML），同時考慮標(biāo)記效應(yīng)、加性效應(yīng)、顯性效應(yīng)以及個體間的遺傳關(guān)系（家系結(jié)構(gòu)）來預(yù)測育種值。*標(biāo)記選擇：GWAS關(guān)注全基因組標(biāo)記，可能需要過濾掉近親、群體分層嚴(yán)重的標(biāo)記。GS在選擇標(biāo)記時，除了考慮與表型的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度，還需考慮標(biāo)記間的相關(guān)性（如連鎖不平衡程度），通常會構(gòu)建一個包含低相關(guān)性的標(biāo)記集（如使用LDSelect）。*結(jié)果解釋：GWAS結(jié)果通常提供關(guān)聯(lián)信號的位置、效應(yīng)大小、P值等信息，需要進(jìn)一步驗(yàn)證和功能研究。GS結(jié)果直接提供個體的預(yù)測育種值排名，用于育種決策。*數(shù)據(jù)要求：GS對家系結(jié)構(gòu)信息要求更高，理想情況下需要完整的家系數(shù)據(jù)。GWAS對家系信息要求相對寬松。*優(yōu)勢與局限性：*GWAS優(yōu)勢：發(fā)現(xiàn)新基因、揭示基因功能、提供生物學(xué)見解。局限性：只能檢測到標(biāo)記與基因/性狀間的相關(guān)性，不直接估計(jì)基因效應(yīng)大??；需要大量樣本才能獲得統(tǒng)計(jì)功率；可能受多重測試問題影響。*GS優(yōu)勢：預(yù)測準(zhǔn)確率相對較高（尤其對復(fù)雜性狀）；可同時利用多個標(biāo)記信息；可針對多個性狀進(jìn)行選擇；育種決策直接。局限性：依賴于標(biāo)記與育種值間的遺傳相關(guān)性，相關(guān)性隨時間推移可能減弱；預(yù)測育種值不等于直接獲得性狀表型；需要高質(zhì)量、完整的基因組數(shù)據(jù)和表型數(shù)據(jù)；可能加劇近交衰退。3.生物信息學(xué)在畜禽科學(xué)研究中的關(guān)鍵作用（實(shí)例）：*實(shí)例：豬的腹瀉病是一種常見的、造成重大經(jīng)濟(jì)損失的疾病。傳統(tǒng)研究方法難以快速定位所有致病因素。*生物信息學(xué)作用：*病原體基因組解析：利用高通量測序技術(shù)（WGS）對分離的病