2025年大學(xué)《生物信息學(xué)》專業(yè)題庫——轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)在遺傳疾病研究中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在RNA-Seq數(shù)據(jù)分析中，去除低質(zhì)量reads和接頭序列通常在哪個階段進行？A.讀取比對之后B.質(zhì)量控制（QC）之前C.質(zhì)量控制（QC）之后D.定量分析之后2.下列哪種RNA-Seq技術(shù)能夠提供關(guān)于轉(zhuǎn)錄本結(jié)構(gòu)變異（如可變剪接）的詳細信息？A.表觀基因組測序（ChIP-Seq）B.DNA測序（用于基因組組裝）C.RNA-SeqbyArray（芯片）D.RNA-Seq3.在比較疾病組和對照組的基因表達差異時，哪個R包是常用的負二項分布模型分析工具？A.BioconductorB.DESeq2C.ggplot2D.samtools4.以下哪個術(shù)語描述的是在相同條件下，兩個或多個基因的表達水平呈現(xiàn)出一致的升降趨勢？A.差異表達基因B.可變剪接C.共表達D.調(diào)控網(wǎng)絡(luò)5.在單基因遺傳病研究中，RNA-Seq數(shù)據(jù)可以用來做什么？A.直接檢測基因序列的突變B.探索已知突變基因的功能影響C.完全替代基因組測序D.預(yù)測突變蛋白的結(jié)構(gòu)變化6.以下哪項不是RNA-Seq數(shù)據(jù)分析中常用的功能富集分析方法？A.GO（GeneOntology）富集分析B.KEGG通路富集分析C.DNA序列比對D.Protein-ProteinInteraction（PPI）網(wǎng)絡(luò)分析7.當(dāng)研究由多個基因共同影響的復(fù)雜遺傳疾病時，轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)主要關(guān)注的是什么？A.單個基因表達水平的顯著變化B.與疾病相關(guān)的信號通路和生物學(xué)過程C.疾病相關(guān)基因的突變類型D.表觀遺傳修飾的細節(jié)8.RNA-Seq數(shù)據(jù)相比DNA測序數(shù)據(jù)，其核心優(yōu)勢在于什么？A.能直接檢測基因組中的所有SNPB.能提供更全面的基因組結(jié)構(gòu)信息C.能直接測量基因的轉(zhuǎn)錄本豐度D.能更精確地確定基因組拷貝數(shù)變異9.在設(shè)計RNA-Seq實驗比較疾病和健康組織時，選擇對照組的關(guān)鍵原則是什么？A.對照組必須來自完全不同的物種B.對照組應(yīng)來自與疾病組相同的個體，但無疾病狀態(tài)C.對照組的樣本數(shù)量必須多于疾病組D.對照組的RNA質(zhì)量必須劣于疾病組10.下列哪種情況可能導(dǎo)致RNA-Seq分析中產(chǎn)生假陽性差異表達基因？A.基因表達水平變化非常微小B.實驗重復(fù)次數(shù)不足C.RNA提取質(zhì)量差導(dǎo)致豐度低估D.使用了不合適的統(tǒng)計方法二、填空題（每空1分，共10分）1.RNA-Seq技術(shù)的全稱是________sequencing。2.用于評估測序數(shù)據(jù)質(zhì)量常用的工具是________。3.將RNA-Seqreads比對到參考基因組或轉(zhuǎn)錄組的常用軟件有________和________。4.差異表達基因分析中，通常需要設(shè)定一個閾值來過濾非顯著的基因，這個閾值常通過________來確定。5.除了mRNA，RNA-Seq還可以檢測到________、長非編碼RNA等不同類型的RNA分子。6.在遺傳疾病研究中，通過比較患者和健康人組織的轉(zhuǎn)錄組差異，可以________相關(guān)的基因和通路。7.可變剪接是指轉(zhuǎn)錄本在轉(zhuǎn)錄后發(fā)生________的過程。8.功能富集分析可以幫助我們理解差異表達基因集主要涉及的________和________。9.設(shè)計RNA-Seq研究方案時，需要考慮樣本的________、________和________。10.轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)可以間接反映基因表達調(diào)控層面的變化，例如通過分析順式作用元件（如增強子）附近的表達模式。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述RNA-Seq數(shù)據(jù)分析的主要流程，包括至少三個關(guān)鍵步驟。2.簡述利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)研究單基因遺傳疾病可能的一種思路。3.簡述RNA-Seq數(shù)據(jù)分析中，什么是可變剪接，及其研究意義。四、論述題（10分）假設(shè)你獲得了一組來自患有某種罕見遺傳疾病患者及其健康對照組的腦組織轉(zhuǎn)錄組RNA-Seq數(shù)據(jù)。請設(shè)計一個簡要的研究方案，說明你將如何利用這些數(shù)據(jù)來探索該疾病可能的分子機制，包括你將進行哪些核心分析步驟，以及你如何解讀這些分析結(jié)果以揭示潛在的致病機制。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.B4.C5.B6.C7.B8.C9.B10.B二、填空題1.RNA2.FastQC3.STAR,HISAT24.FDR（FalseDiscoveryRate）或p-value5.lncRNA（長非編碼RNA）6.鑒定7.結(jié)構(gòu)變化8.功能,通路9.類型,數(shù)量,質(zhì)量控制10.表觀遺傳調(diào)控三、簡答題1.RNA-Seq數(shù)據(jù)分析主要流程：*數(shù)據(jù)預(yù)處理：包括質(zhì)量控制（QC），去除低質(zhì)量reads、引物序列、接頭序列等。常用工具如FastQC進行初步評估，Trimmomatic或Cutadapt進行修剪。*序列比對：將預(yù)處理后的reads比對到參考基因組或轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫。常用軟件有STAR,HISAT2等。*定量分析：統(tǒng)計比對到基因或轉(zhuǎn)錄本上的reads數(shù)量，計算表達量。常用工具如featureCounts,RSEM,Salmon等。*差異表達分析：比較不同組別（如疾病vs.健康）的表達差異。常用方法包括DESeq2,edgeR等，進行統(tǒng)計檢驗并確定差異基因。*（可能）后續(xù)分析：如可變剪接分析（StringTie）、功能富集分析（GO,KEGG）、共表達網(wǎng)絡(luò)分析等。2.轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)研究單基因遺傳疾病思路：*首先，利用RNA-Seq數(shù)據(jù)鑒定疾病樣本相對于健康對照，其表達水平發(fā)生顯著變化的基因。*其中，重點關(guān)注與已知或疑似致病基因功能相關(guān)的基因表達變化。*進一步分析這些相關(guān)基因的表達模式，例如它們是否屬于同一通路或調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。*結(jié)合已知的基因突變信息（如果存在），分析RNA-Seq數(shù)據(jù)中觀察到的表達變化是否與該突變可能產(chǎn)生的功能影響（如蛋白質(zhì)穩(wěn)定性、翻譯效率等）一致。*通過這些分析，可以推斷該基因的異常表達在疾病發(fā)生發(fā)展中的作用，并可能為疾病的診斷、預(yù)后或治療提供新的線索。3.可變剪接及其研究意義：*定義：可變剪接（AlternativeSplicing）是指同一個轉(zhuǎn)錄本（pre-mRNA）可以通過不同的剪接位點選擇組合，產(chǎn)生多種不同的成熟mRNA轉(zhuǎn)錄本的過程。這使得一個基因可以編碼多種蛋白質(zhì)異構(gòu)體。*研究意義：*增加蛋白質(zhì)多樣性：是產(chǎn)生蛋白質(zhì)功能異質(zhì)性的重要機制之一，拓展了基因組的編碼能力。*細胞類型和發(fā)育階段特異性表達：特定的可變剪接事件在特定細胞類型或發(fā)育時期發(fā)生，參與調(diào)控細胞分化和功能。*疾病關(guān)聯(lián)：異常的可變剪接是許多遺傳疾?。òò┌Y、神經(jīng)退行性疾病等）的重要特征。某些剪接事件可能導(dǎo)致產(chǎn)生功能異?；蚪囟痰牡鞍踪|(zhì)，從而致病。四、論述題研究方案設(shè)計：1.核心分析步驟：*數(shù)據(jù)質(zhì)控與預(yù)處理：對患者組和對照組的原始RNA-Seq數(shù)據(jù)首先進行質(zhì)量評估（如使用FastQC），然后進行trimming，去除低質(zhì)量讀段、接頭序列等。*序列比對：將處理后的reads比對到人類參考基因組（如GRCh38）和參考轉(zhuǎn)錄組（如GENCODE）。*表達定量：使用合適的工具（如RSEM或Salmon）計算每個基因或轉(zhuǎn)錄本在兩組樣本中的表達量（如FPKM或TPM）。*差異表達分析：使用DESeq2或edgeR等工具，比較患者組和對照組基因表達水平的差異，篩選出顯著差異表達的基因（可設(shè)置FDR閾值，如0.05）。*可變剪接分析（可選但推薦）：如果轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)包含足夠的信息，使用工具（如StringTie）分析兩組間的可變剪接事件差異。*功能富集分析：對顯著差異表達的基因進行GO富集分析和KEGG通路富集分析，以識別與疾病相關(guān)的生物學(xué)過程和信號通路。2.結(jié)果解讀與機制探索：*解讀差異表達基因列表：分析顯著上調(diào)或下調(diào)的基因集，重點關(guān)注那些在腦組織中表達且與已知遺傳疾病或神經(jīng)生物學(xué)功能相關(guān)的基因。*通路富集分析解讀：識別顯著富集的GOterms和KEGGpathways。例如，如果發(fā)現(xiàn)與神經(jīng)元存活、突觸傳遞、氧化應(yīng)激相關(guān)的通路顯著差異，則提示這些通路可能參與疾病的發(fā)生發(fā)展。*機制探索：*如果發(fā)現(xiàn)某個已知與該疾病相關(guān)的基因表達顯著改變，可以進一步分析其剪接異構(gòu)體的變化（如果進行了剪接分析），判斷是哪種剪接形式的變化可能致病。*如果發(fā)現(xiàn)新的或意想不到的差異表達基因/通路，可以查閱文獻，了