2025年大學(xué)《生物信息學(xué)》專業(yè)題庫——遺傳變異分析與生物信息學(xué)技術(shù)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在人類基因組中，由單個核苷酸變異引起的遺傳多態(tài)性被稱為？A.插入/缺失（Indel）B.拷貝數(shù)變異（CNV）C.單核苷酸多態(tài)性（SNP）D.結(jié)構(gòu)變異（SV）2.以下哪個工具主要用于從高通量測序原始數(shù)據(jù)（FASTQ）中進(jìn)行變異檢測？A.BLASTB.GATKC.SamtoolsD.Haploview3.評估測序讀段質(zhì)量時，通常使用的質(zhì)量值（Q-score）與其對應(yīng)堿基的準(zhǔn)確率關(guān)系是？A.Q-score越高，準(zhǔn)確率越低B.Q-score越高，準(zhǔn)確率越高C.Q-score與準(zhǔn)確率無關(guān)D.Q-score僅反映讀段整體質(zhì)量，與單個堿基無關(guān)4.在進(jìn)行全基因組重測序的變異檢測流程中，對齊（Alignment）步驟通常使用哪個工具？A.GATKB.FreeBayesC.Bowtie2/BWAD.VEP5.以下哪個參數(shù)通常用于過濾低質(zhì)量的SNP位點(diǎn)？A.基因型頻率（AF）B.覆蓋深度（DP）C.質(zhì)量分?jǐn)?shù)（QRankSum）D.相似性分?jǐn)?shù)（FS）6.用于預(yù)測基因組變異對蛋白質(zhì)編碼區(qū)影響的工具是？A.SamtoolsB.SnpEffC.GATKD.Haplotypecaller7.拷貝數(shù)變異（CNV）分析的主要目的是？A.檢測單個堿基的變異B.比較基因組序列間的差異C.識別基因組片段的拷貝數(shù)增加或減少D.預(yù)測變異的致病性8.將不同樣本的基因型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為等位基因頻率（AlleleFrequency）的過程稱為？A.變異檢測B.變異注釋C.頻率計算D.數(shù)據(jù)歸一化9.在生物信息學(xué)中，BLAST主要用于？A.進(jìn)行基因組變異檢測B.對序列進(jìn)行比對以查找相似性C.對基因組進(jìn)行組裝D.預(yù)測基因功能10.VCF文件格式通常用于存儲哪種類型的數(shù)據(jù)？A.原始測序讀段（Reads）B.比對后的讀段（AlignedReads）C.基因組變異信息D.蛋白質(zhì)序列二、填空題（每空1分，共15分）1.生物信息學(xué)研究中，對測序讀段進(jìn)行質(zhì)量控制的常用工具是________。2.變異檢測工具如GATK和FreeBayes通常需要先對測序讀段進(jìn)行________。3.SNP位點(diǎn)的基因型信息通常用________、________、________或________等符號表示。4.評估變異是否偏離群體頻率，判斷其統(tǒng)計學(xué)顯著性的常用方法是________。5.對于非編碼區(qū)的變異，其功能影響判斷通常比編碼區(qū)________。6.變異注釋工具如VEP可以提供變異的________、________和________等信息。7.在CNV分析中，檢測到某個基因拷貝數(shù)顯著增加，可能暗示該基因的功能________。8.將基因組序列與已知參考基因組進(jìn)行比對的操作稱為________。9.基因組組裝的目的是將測序產(chǎn)生的短讀段重建為完整的________。10.生物信息學(xué)分析流程中，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換是一個常見的環(huán)節(jié)，例如將SAM文件轉(zhuǎn)換為________文件。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述使用GATK進(jìn)行SNP檢測的基本流程。2.解釋什么是插入（Indel）？并簡述其檢測的一般方法。3.列舉至少三種常用的變異注釋數(shù)據(jù)庫，并說明其作用。4.描述在生物信息學(xué)分析中，從原始測序數(shù)據(jù)（FASTQ）到變異檢測（VCF）通常會經(jīng)歷哪些關(guān)鍵步驟。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述在進(jìn)行遺傳變異分析時，數(shù)據(jù)質(zhì)量控制（QC）的重要性，并列舉至少三個QC檢查的方面。2.比較SNP和CNV在遺傳學(xué)研究中的異同點(diǎn)，并分別說明它們可能對應(yīng)哪些生物學(xué)意義。---試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.C5.C6.B7.C8.C9.B10.C二、填空題1.FastQC2.對齊3.AA,AB,AC,BB4.關(guān)聯(lián)分析（GWAS）5.更難判斷6.位置，功能影響，通路7.增強(qiáng)8.對齊9.基因組序列10.BAM三、簡答題1.簡述使用GATK進(jìn)行SNP檢測的基本流程。答：首先，對原始測序數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制（QC）和預(yù)處理（如去除低質(zhì)量讀段、過濾接頭序列等）。然后，將預(yù)處理后的讀段進(jìn)行比對（Alignment）到參考基因組。接著，使用HaplotypeCaller或GenotypeGVCFs等GATK工具進(jìn)行變異檢測，生成基因型數(shù)據(jù)（如VCF文件）。最后，對生成的VCF文件進(jìn)行變異后處理，包括過濾低質(zhì)量變異、去除重復(fù)變異、基于群體數(shù)據(jù)進(jìn)行校正（如使用dbSNP）等步驟，得到最終的高質(zhì)量SNP列表。解析思路：考察對GATK核心工具及其在SNP檢測中典型應(yīng)用流程的掌握。流程應(yīng)涵蓋數(shù)據(jù)預(yù)處理、對齊、變異調(diào)用和變異過濾后處理等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2.解釋什么是插入（Indel）？并簡述其檢測的一般方法。答：插入（Insertion）是指基因組序列中突然插入了一個或多個核苷酸的現(xiàn)象。刪除（Deletion）則是指序列中缺少了一個或多個核苷酸。Indel是插入和刪除的統(tǒng)稱。檢測Indel的一般方法通常與SNP檢測結(jié)合進(jìn)行。在對齊階段，比對工具會嘗試將讀段中缺失或額外的核苷酸與參考基因組進(jìn)行匹配。變異檢測工具（如GATK的HaplotypeCaller或FreeBayes）會根據(jù)比對結(jié)果和統(tǒng)計學(xué)模型，識別出這些插入或刪除位點(diǎn)，并估計其大小和頻率。解析思路：首先要定義Indel（包括插入和刪除）。其次要說明Indel的檢測通常嵌入在現(xiàn)有的變異檢測流程中，特別是依賴于比對工具的算法和后續(xù)的變異調(diào)用工具進(jìn)行識別和定量。3.列舉至少三種常用的變異注釋數(shù)據(jù)庫，并說明其作用。答：常用的變異注釋數(shù)據(jù)庫包括：1)EnsemblVariation（VEP依賴此數(shù)據(jù)庫），提供基因組變異的注釋信息，包括位置、參考堿基、變異堿基、影響功能（如剪接位點(diǎn)、非編碼區(qū)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域、氨基酸改變等）；2)dbSNP，存儲人類基因組中的已知單核苷酸多態(tài)性，提供變異頻率和已知功能信息；3)NCBIdbVar，收錄人類和其他物種的基因組變異，包括結(jié)構(gòu)變異和功能性變異。其作用是向研究人員提供變異在基因組中的精確位置、變異類型、以及可能對基因功能、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和表達(dá)等產(chǎn)生的生物學(xué)影響。解析思路：要求學(xué)生熟悉至少三種主流的變異注釋資源?；卮饡r需說明數(shù)據(jù)庫名稱，并簡述其主要內(nèi)容和核心作用——即解釋變異的生物學(xué)意義。4.描述在生物信息學(xué)分析中，從原始測序數(shù)據(jù)（FASTQ）到變異檢測（VCF）通常會經(jīng)歷哪些關(guān)鍵步驟。答：通常經(jīng)歷以下關(guān)鍵步驟：1)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制（QC）：使用工具（如FastQC）評估原始數(shù)據(jù)質(zhì)量，并進(jìn)行必要的清洗（如Trimmomatic）；2)讀取對齊（Alignment）：將高質(zhì)量的讀段比對到參考基因組（如使用Bowtie2或BWA）；3)產(chǎn)生原始變異叫號（RawVariantCalling）：使用變異檢測工具（如GATKHaplotypeCaller或FreeBayes）根據(jù)比對結(jié)果推斷基因型；4)變異文件整理與過濾（VariantRecalibration&Filtering）：使用GATK的BaseRecalibrator和ApplyBQSR進(jìn)行質(zhì)量分?jǐn)?shù)校正，并根據(jù)預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)過濾低質(zhì)量變異（如使用GATKVariantFiltration）；5)（可選）變異注釋：使用工具（如VEP或SnpEff）對過濾后的變異進(jìn)行注釋，解釋其生物學(xué)意義；最終得到VCF格式的變異文件。解析思路：考察對全基因組測序變異檢測標(biāo)準(zhǔn)流程的掌握程度，涵蓋從數(shù)據(jù)輸入到最終輸出VCF文件的主要處理環(huán)節(jié)和技術(shù)節(jié)點(diǎn)。四、論述題1.論述在進(jìn)行遺傳變異分析時，數(shù)據(jù)質(zhì)量控制（QC）的重要性，并列舉至少三個QC檢查的方面。答：數(shù)據(jù)質(zhì)量控制（QC）在遺傳變異分析中至關(guān)重要，原因如下：首先，測序技術(shù)和流程中可能引入各種噪聲和錯誤（如接頭污染、測序錯誤、重復(fù)序列影響），QC能夠識別并剔除這些低質(zhì)量數(shù)據(jù)，保證后續(xù)分析的準(zhǔn)確性。其次，不同樣本或?qū)嶒為g的數(shù)據(jù)差異可能很大，QC有助于標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，使不同來源的數(shù)據(jù)具有可比性。最后，有效的QC可以顯著提高后續(xù)分析（如變異檢測、注釋）的效率和可靠性，避免將錯誤信息引入分析過程，減少假陽性和假陰性的風(fēng)險。QC檢查的方面至少包括：1)原始讀段質(zhì)量評估：檢查讀段的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)、分布、N比例等（如使用FastQC）；2)過濾低質(zhì)量讀段和接頭序列：去除質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低或含有已知接頭序列的讀段；3)檢查比對質(zhì)量：評估比對率、未比對讀段比例、重復(fù)序列比例等；4)（對于配對測序）檢查讀段對之間的距離分布和方向，確保符合預(yù)期。解析思路：首先要論述QC的重要性，從保證準(zhǔn)確性、實現(xiàn)可比性、提高效率可靠性等角度闡述。其次要具體列舉QC檢查的關(guān)鍵方面，如原始數(shù)據(jù)質(zhì)量、過濾、比對質(zhì)量、配對信息檢查等，體現(xiàn)對QC流程的熟悉度。2.比較SNP和CNV在遺傳學(xué)研究中的異同點(diǎn)，并分別說明它們可能對應(yīng)哪些生物學(xué)意義。答：SNP（單核苷酸多態(tài)性）和CNV（拷貝數(shù)變異）是兩種常見的基因組結(jié)構(gòu)變異，它們的異同點(diǎn)及生物學(xué)意義如下：相同點(diǎn)：1)都是基因組中常見的變異形式，在人類群體中普遍存在；2)都可以作為遺傳標(biāo)記，用于關(guān)聯(lián)分析、群體遺傳學(xué)研究、疾病易感性研究等；3)都可能影響基因的表達(dá)水平或功能。不同點(diǎn)：1)定義：SNP指單個堿基的變異，是點(diǎn)突變；CNV指基因組片段（通常包含一個或多個基因）拷貝數(shù)的變化，可以是增加或減少。2)頻率：SNP在人類基因組中數(shù)量遠(yuǎn)多于CNV。3)影響范圍：SNP影響通常局限于單個堿基及其編碼的氨基酸（若在編碼區(qū)）；CNV影響的是一個或多個基因的劑量，可能導(dǎo)致基因表達(dá)量的改變。4)檢測難度：SNP檢測相對簡單直接；CNV檢測通常更復(fù)雜，需要處理比對中的重復(fù)序列和復(fù)雜結(jié)構(gòu)。生物學(xué)意義：SNP：可能通過改變編碼氨基酸（影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能）、影響剪接位點(diǎn)、或位于調(diào)控區(qū)域影響表達(dá)調(diào)控等，導(dǎo)致表型差異或與疾病相