2025年大學(xué)《生物信息學(xué)》專業(yè)題庫——生物信息學(xué)分析代謝組數(shù)據(jù)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)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在代謝組學(xué)數(shù)據(jù)預(yù)處理中，去除樣本間由于進(jìn)樣體積或儀器響應(yīng)差異導(dǎo)致的目標(biāo)物濃度差異的方法通常稱為？(A)時(shí)間對(duì)齊(B)保留時(shí)間對(duì)齊(C)歸一化(D)峰檢測(cè)2.下列哪種軟件工具通常不用于代謝組學(xué)數(shù)據(jù)的峰提取和峰對(duì)齊？(A)XCMS(B)Mzmine(C)MetaboAnalyst(D)MS-DIAL3.在進(jìn)行代謝組學(xué)差異分析時(shí)，為了控制假陽性率，必須進(jìn)行的步驟是？(A)數(shù)據(jù)歸一化(B)色譜對(duì)齊(C)多重假設(shè)檢驗(yàn)校正(D)峰積分4.PCA（主成分分析）分析在代謝組學(xué)中主要用于？(A)篩選差異代謝物(B)識(shí)別樣本間的主要變異模式(C)建立預(yù)測(cè)模型(D)進(jìn)行通路富集分析5.PLS-DA（偏最小二乘判別分析）模型中，Q2（驗(yàn)證性判別能力）值通常需要大于多少才能認(rèn)為模型具有較好的區(qū)分能力？(A)0.1(B)0.3(C)0.5(D)0.76.代謝組學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，為了消除批次效應(yīng)的影響，常采用的方法是？(A)增加樣本數(shù)量(B)設(shè)置適當(dāng)?shù)膶?duì)照組(C)采用交叉設(shè)計(jì)(D)使用內(nèi)標(biāo)物質(zhì)7.以下哪個(gè)數(shù)據(jù)庫主要收錄了人類代謝物信息？(A)KEGG(B)NCBI(C)UniProt(D)HMDB8.在解讀代謝組學(xué)結(jié)果時(shí)，火山圖的主要作用是？(A)顯示樣本間距離(B)展示代謝物濃度變化趨勢(shì)(C)直觀展示差異代謝物的統(tǒng)計(jì)顯著性及變化倍數(shù)(D)顯示通路富集分析結(jié)果9.代謝物精確分子量測(cè)定通常依賴哪種分析技術(shù)？(A)GC-MS(B)LC-MS(C)NMR(D)CE-MS10.對(duì)于非靶向代謝組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其核心挑戰(zhàn)之一是？(A)數(shù)據(jù)量過大(B)無法準(zhǔn)確定量(C)代謝物鑒定困難(D)需要復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將正確答案填入橫線內(nèi)）1.代謝組學(xué)數(shù)據(jù)通常具有高維度、____________和____________的特點(diǎn)。2.代謝組學(xué)數(shù)據(jù)預(yù)處理流程中，通常先進(jìn)行__________，再進(jìn)行__________。3.評(píng)價(jià)PCA或PLS-DA模型擬合效果的指標(biāo)包括R2（解釋variance）和__________。4.常用的代謝物峰提取方法包括基于光譜峰識(shí)別和基于__________兩種主要策略。5.在進(jìn)行變量篩選時(shí)，t檢驗(yàn)或ANOVA常用于計(jì)算p值，然后需要使用__________方法進(jìn)行校正。6.代謝通路富集分析的主要目的是識(shí)別在實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組中差異表達(dá)的代謝物所參與的生物學(xué)通路。7.代謝組學(xué)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)照組的設(shè)置對(duì)于結(jié)果的可靠性至關(guān)重要，常見的對(duì)照組包括____________和____________。8.常用的代謝物數(shù)據(jù)庫除了HMDB和KEGG外，還有__________。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述代謝組學(xué)數(shù)據(jù)預(yù)處理中數(shù)據(jù)歸一化的主要目的和常用方法。2.簡述PCA分析的基本原理及其在代謝組學(xué)中的主要應(yīng)用。3.簡述MetaboAnalyst平臺(tái)在代謝組學(xué)數(shù)據(jù)分析中通常提供哪些主要分析模塊。4.簡述在進(jìn)行代謝組學(xué)差異分析時(shí)，如何判斷一個(gè)代謝物差異是否具有生物學(xué)意義。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述代謝組學(xué)數(shù)據(jù)預(yù)處理中，選擇合適歸一化方法的重要性以及可能面臨的問題。2.論述在進(jìn)行代謝組學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮哪些關(guān)鍵因素，以及如何通過設(shè)計(jì)來提高分析結(jié)果的可靠性和生物學(xué)意義。試卷答案一、選擇題1.(C)2.(C)3.(C)4.(B)5.(B)6.(C)7.(D)8.(C)9.(C)10.(C)二、填空題1.高維度，復(fù)雜性2.峰檢測(cè)，歸一化3.Q2（驗(yàn)證性判別能力）4.保留時(shí)間模型5.多重假設(shè)檢驗(yàn)校正6.生物學(xué)7.陽性對(duì)照，陰性對(duì)照8.MassBank三、簡答題1.目的：消除樣本間由于進(jìn)樣量、儀器響應(yīng)、溶劑效應(yīng)等差異導(dǎo)致的目標(biāo)物濃度差異，使數(shù)據(jù)具有可比性，突出生物學(xué)變異。方法：常用方法包括內(nèi)標(biāo)歸一化（使用已知濃度的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)）、比例歸一化（如總離子強(qiáng)度歸一化）、Metlin庫匹配歸一化等。2.原理：PCA是一種降維方法，通過正交變換將高維數(shù)據(jù)投影到低維空間（通常是二維或三維），使得投影后數(shù)據(jù)在低維空間中的方差最大化。其核心思想是找到一組新的正交變量（主成分），這些主成分是原始變量線性組合，且按照它們解釋的方差大小排序。應(yīng)用：在代謝組學(xué)中，PCA主要用于可視化樣本間的整體變異模式，識(shí)別潛在的樣本分組或異常值，初步判斷是否存在系統(tǒng)性的差異。3.模塊：MetaboAnalyst通常提供數(shù)據(jù)預(yù)處理、峰提取與對(duì)齊、統(tǒng)計(jì)分析（差異分析、多元統(tǒng)計(jì)分析）、數(shù)據(jù)庫檢索與注釋、通路富集分析、可視化、結(jié)果解釋與報(bào)告生成等模塊。4.判斷依據(jù)：需要結(jié)合多個(gè)方面：首先，差異代謝物需具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性（p值小，F(xiàn)DR或Q值低）；其次，需有足夠的變化倍數(shù)（FoldChange）；再次，該代謝物需存在于相關(guān)數(shù)據(jù)庫中，并能被準(zhǔn)確定量；最后，最重要的是結(jié)合生物學(xué)背景知識(shí)，判斷該代謝物的變化是否合理，并可能參與到相關(guān)的生物學(xué)過程中。四、論述題1.重要性：歸一化是代謝組學(xué)數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵步驟，直接影響結(jié)果的可靠性和生物學(xué)解釋性。不恰當(dāng)?shù)臍w一化會(huì)掩蓋或放大真實(shí)的生物學(xué)差異，導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。合適的歸一化能夠消除技術(shù)噪音和批次效應(yīng)，使不同樣本的數(shù)據(jù)具有可比性，從而更準(zhǔn)確地反映樣本間的生物學(xué)變異。例如，選擇與代謝物豐度無關(guān)的歸一化方法（如總離子強(qiáng)度）可以避免因進(jìn)樣量差異導(dǎo)致的錯(cuò)誤量化。面臨問題：選擇合適的歸一化方法是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)椴淮嬖谕昝赖臍w一化方法。不同的方法適用于不同的數(shù)據(jù)類型（靶向/非靶向）、分析平臺(tái)（GC-MS/LC-MS）和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。例如，內(nèi)標(biāo)歸一化需要精確已知內(nèi)標(biāo)濃度且內(nèi)標(biāo)不參與生物學(xué)過程；基于數(shù)據(jù)庫匹配的歸一化可能受數(shù)據(jù)庫覆蓋度限制。此外，歸一化過程本身也可能引入偏差，需要謹(jǐn)慎評(píng)估其影響。2.關(guān)鍵因素：a.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模好鞔_研究問題，是探究疾病機(jī)制、藥物作用還是營養(yǎng)干預(yù)等，決定了所需分析的代謝物種類和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類型。b.代謝物覆蓋度：目標(biāo)代謝物在所選分析技術(shù)（GC-MS,LC-MS）和數(shù)據(jù)庫（Metlin,HMDB）中的覆蓋度。c.對(duì)照設(shè)置：必須設(shè)置合適的對(duì)照組（如健康對(duì)照、陰性對(duì)照、陽性對(duì)照）以區(qū)分生物學(xué)差異和技術(shù)噪音。d.樣本數(shù)量與重復(fù)：樣本量需足夠，且應(yīng)包含生物重復(fù)和技術(shù)重復(fù)，以增加結(jié)果的統(tǒng)計(jì)power和可靠性。e.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類型：根據(jù)研究目的選擇合適的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，如平行設(shè)計(jì)、交叉設(shè)計(jì)、分批設(shè)計(jì)等，以減少或控制混雜因素。提高可靠性和生物學(xué)意義：合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)。同時(shí)，