2025年大學《生物信息學》專業(yè)題庫——微生物組學研究與生物信息學技術考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪一項不屬于微生物組的組成成分？A.細菌B.古菌C.真菌D.病毒E.原生動物2.在微生物組學研究中，高通量測序技術能夠實現(xiàn)的主要目標是？A.直接分離培養(yǎng)特定微生物B.對大量微生物樣本進行分離純化C.快速、高通量地測定環(huán)境中微生物的遺傳物質D.精確計數(shù)樣品中每一個微生物的拷貝數(shù)E.完全鑒定樣品中的所有微生物種類3.16SrRNA基因測序在微生物組研究中主要優(yōu)勢在于？A.能夠直接測定微生物的代謝功能B.測序成本極低，通量極高C.提供相對穩(wěn)定的序列標記，適用于微生物分類和群落結構分析D.能夠直接獲得微生物的蛋白質編碼信息E.對微生物的核酸提取要求不高4.在宏基因組測序數(shù)據(jù)處理中，"質控"階段的主要目的是？A.將原始測序讀長（Reads）聚類成OTUsB.去除測序過程中產生的低質量讀長、接頭序列、重復序列等C.將高質量讀長與參考基因組進行比對D.對比不同樣品間的Alpha多樣性E.對宏基因組數(shù)據(jù)進行功能注釋5.Alpha多樣性通常用來衡量什么？A.樣品間不同微生物群落組成的差異程度B.一個樣品內部物種豐富度的多樣性C.微生物群落功能多樣性的差異D.環(huán)境因子對微生物群落的影響程度E.微生物個體數(shù)量的差異6.常用于16SrRNA測序數(shù)據(jù)中，將操作分類單元（OTU）聚類的主要方法包括？A.K-means聚類B.軟件如UCLUST或CD-HITC.基于距離的層次聚類（如UPGMA）D.基于貝葉斯模型的聚類方法E.以上都是7.宏基因組數(shù)據(jù)的功能注釋，其核心目標是？A.鑒定樣品中所有微生物的種屬B.確定樣品中微生物群落的總體豐度C.預測樣品中微生物群落的功能潛力，如代謝途徑D.分析樣品中微生物群落與宿主基因組的相互作用E.計算樣品的Beta多樣性指數(shù)8.在微生物組學研究中，選擇合適的統(tǒng)計方法進行差異分析時，需要考慮的關鍵因素是？A.樣品的數(shù)量B.樣品的類型（如腸道、土壤）C.測量數(shù)據(jù)的類型（計數(shù)數(shù)據(jù)、豐度數(shù)據(jù)）D.研究目的（比較組間差異、檢測關聯(lián)性）E.研究者個人喜好9.下列哪個數(shù)據(jù)庫通常被用作16SrRNA測序數(shù)據(jù)的物種注釋參考？A.NCBIGenBankB.KEGGC.UniProtD.Greengenes或SILVAE.GO10.微生物組學研究在人體健康領域的一個典型應用是？A.直接開發(fā)基于微生物組的藥物B.通過宏基因組測序直接診斷感染性疾病C.研究腸道微生物組與免疫、代謝等生理功能的關聯(lián)D.利用微生物組改造人體消化系統(tǒng)結構E.完全取代人體自身微生物組二、填空題（每空1分，共10分）1.微生物組是指與生物體共生、共棲或共進化過程中，其攜帶的__________、__________以及它們與環(huán)境之間復雜的相互作用的總和。2.宏基因組學（Metagenomics）是指直接從環(huán)境中提取__________，進行__________或__________，并研究其遺傳多樣性、功能潛力和與環(huán)境互作的科學。3.16SrRNA測序中，通常使用__________區(qū)域的序列進行微生物分類，因為該區(qū)域具有__________和__________的特點。4.在生物信息學分析流程中，使用__________、__________等工具進行序列質量控制，去除低質量讀長、接頭序列和去除重復序列是重要步驟。5.Alpha多樣性通常使用__________指數(shù)、__________指數(shù)等來量化，而Beta多樣性則常通過__________、__________等方法來評估樣品間的差異。6.物種注釋是將測序獲得的__________序列與公共數(shù)據(jù)庫中的參考序列進行__________，以確定其所屬的物種或分類單元。7.功能預測是指根據(jù)微生物群落的__________信息，推斷其可能具備的__________。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述16SrRNA測序和宏基因組測序在研究微生物組方面的主要區(qū)別和適用場景。2.簡述進行宏基因組測序數(shù)據(jù)質控的主要步驟及其目的。3.什么是OTU（或ASV）？在16SrRNA宏測序中，如何獲得OTU？4.簡述微生物組群落多樣性的主要類型（Alpha和Beta多樣性）及其意義。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述一個典型的宏基因組數(shù)據(jù)分析流程，包括主要步驟和涉及的關鍵生物信息學工具或方法。2.結合實例，論述微生物組研究在人類健康或疾?。ㄈ绶逝?、炎癥性腸病、感染等）領域中的一個具體應用，并簡述其背后的生物學機制。3.討論在微生物組學研究中，從原始測序數(shù)據(jù)到獲得生物學結論的過程中，可能存在的挑戰(zhàn)和需要注意的問題。試卷答案一、選擇題1.E2.C3.C4.B5.B6.E7.C8.D9.D10.C二、填空題1.DNA,RNA2.DNA,測序,功能分析3.V3-V4,高度保守,變異區(qū)4.FastP,Trimmomatic5.Shannon,Simpson,PCoA,Manteltest6.拉伸序列,比對7.16SrRNA序列,代謝功能三、簡答題1.解析思路：對比兩種技術的核心差異：16SrRNA是靶向測序，特異性檢測特定標記基因（rRNA），結果相對便宜、快速，但只能提供分類學信息（通常到種或屬），無法直接了解功能。宏基因組是高通量測序，不依賴標記基因，能直接獲取樣品中所有微生物的基因組DNA，信息量大，能了解功能潛力，但成本高、分析復雜。適用場景：16S適用于快速評估群落結構、比較不同樣品間的組成差異；宏基因組適用于深入研究功能潛力、代謝途徑、尋找新基因或功能。2.解析思路：描述質控步驟：首先是去除低質量讀長（如Q值低于某個閾值）；其次是去除引物序列、接頭序列等非生物序列；接著是去除宿主基因組序列（如果需要）；最后是去除重復序列。目的：提高后續(xù)分析的準確性和可靠性，減少噪音干擾，節(jié)省計算資源。3.解析思路：定義OTU：OTU（OperationalTaxonomicUnit）是操作分類單元，是在特定相似度閾值下聚類在一起的序列集合，常被用作分類學單元。獲得方法：通常是將高質量、去重后的16SrRNA序列讀長，使用聚類軟件（如UCLUST、CD-HIT等），在預設的序列相似度閾值（如97%）下進行聚類，每個聚類中心代表一個OTU。4.解析思路：Alpha多樣性：指樣品內部物種豐富度和均勻度的度量。Beta多樣性：指樣品間不同微生物群落組成的差異程度。Alpha多樣性高表示樣品內物種多且分布均勻；Beta多樣性高表示不同樣品間群落組成差異大。意義：Alpha多樣性反映樣品本身的“豐富度”，Beta多樣性反映樣品間的“差異性”或“相似性”。四、論述題1.解析思路：按順序闡述流程：首先是樣本采集與處理（保藏、勻漿、核酸提取）；其次是文庫構建（PCR擴增目標區(qū)域、連接接頭）；接著是高通量測序（如Illumina平臺）；然后是生物信息學數(shù)據(jù)處理（質控、去除宿主/低質量序列、序列比對/聚類得到OTUs/ASVs）；再進行物種注釋（比對參考數(shù)據(jù)庫）；之后是多樣性格局分析（Alpha/Beta多樣性）；然后進行差異分析（比較組間豐度差異）；最后進行功能預測與代謝通路分析（基于16S或宏基因組數(shù)據(jù)）；最后是結果解讀與報告撰寫。關鍵工具：質控（FastP）、比對/聚類（Bowtie2/UCLUST）、注釋（BLAST/NCBIRefSeq）、多樣性分析（Qiime2/R包）、差異分析（DESeq2/EdgeR）、功能分析（HMMER/Kegg）。2.解析思路：選擇具體應用，如腸道微生物與肥胖：提出肥胖與腸道微生物組失調相關。解釋機制：某些產氣莢膜梭菌等腸道菌可能產生更多脂多糖（LPS）進入血液，引發(fā)慢性低度炎癥；或影響宿主能量代謝相關通路（如脂肪合成與分解）；或改變腸道屏障功能，影響營養(yǎng)吸收；或影響宿主食欲調節(jié)激素（如GLP-1）的分泌。強調研究發(fā)現(xiàn)（如特定菌屬豐度與BMI、代謝指標相關），說明微生物組作為潛在生物標志物或干預靶點的可能性。3.解析思路：列舉挑戰(zhàn)和問題：①樣本采集與處理：如何無污染、無偏倚地采集樣本？如何保證核酸質量？②測序技術限制：測序深度是否足夠？是否能捕捉到所有微生物？長讀長