2025年大學(xué)《生物信息學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——生物信息學(xué)在微生物基因組學(xué)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在微生物基因組測(cè)序中，用于評(píng)估原始測(cè)序數(shù)據(jù)質(zhì)量，如讀段長(zhǎng)度、GC含量、接頭序列比例等，常用的工具是？A.BLASTB.SPAdesC.FastQCD.UCLUST2.對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、基因組穩(wěn)定的微生物，進(jìn)行物種鑒定和同源性分析時(shí)，哪種序列比對(duì)方法通常更為可靠？A.denovo組裝后基因組比對(duì)B.參考基因組比對(duì)C.蛋白質(zhì)序列同源比對(duì)D.k-mer頻率分析3.下列哪個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)主要提供基因功能注釋、通路信息和分子交互網(wǎng)絡(luò)？A.NCBIGenBankB.UniProtC.KEGGD.GTDB4.在比較不同菌株或物種的基因組時(shí)，旨在識(shí)別所有成員都擁有的保守基因集的方法稱為？A.Pan-genomeanalysisB.CoregenomeanalysisC.GeneduplicationanalysisD.Syntenicanalysis5.用于從環(huán)境樣本中獲取的宏基因組數(shù)據(jù)中鑒定和分類微生物種類的數(shù)據(jù)庫(kù)通常是？A.NCBIRefSeqB.PfamC.GreengenesD.GO6.當(dāng)需要預(yù)測(cè)微生物群落潛在的代謝功能時(shí)，常會(huì)使用哪個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)？A.NCBITaxonomyB.eggNOGC.MetaphlanD.Bowtie27.在尋找特定微生物基因組中與抗生素抗性相關(guān)的基因時(shí)，可以使用的專門(mén)數(shù)據(jù)庫(kù)是？A.COGB.CARD(resistomedatabase)C.GOD.Swiss-Prot8.將大量短序列讀段（reads）拼接成較長(zhǎng)的連續(xù)序列（contigs）的過(guò)程稱為？A.SequencealignmentB.GenomeassemblyC.GeneannotationD.Qualitycontrol9.如果一個(gè)生物信息學(xué)工具的參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，可能導(dǎo)致的最直接后果是？A.基因組大小估算錯(cuò)誤B.蛋白質(zhì)功能注釋遺漏C.序列比對(duì)速度顯著下降D.分析結(jié)果完全不可信10.在構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)以展示物種進(jìn)化關(guān)系時(shí)，常用的距離度量方法不包括？A.Jukes-CantorB.Neighbor-JoiningC.BayesianinferenceD.Smith-Waterman二、填空題（每空1分，共10分）1.測(cè)序技術(shù)根據(jù)是否需要構(gòu)建基因文庫(kù)，可分為_(kāi)______測(cè)序和_______測(cè)序。2.生物信息學(xué)工具的質(zhì)量控制（QC）是確保后續(xù)分析準(zhǔn)確性的關(guān)鍵步驟，常用的質(zhì)量指標(biāo)包括讀段的_______（如Q值）和_______（如腺嘌呤含量）。3.基因組注釋通常包括兩層含義：結(jié)構(gòu)注釋（預(yù)測(cè)基因位置）和_______注釋（預(yù)測(cè)基因功能）。4.比較基因組學(xué)中，旨在識(shí)別不同基因組間共享的非冗余基因集的分析稱為_(kāi)______基因組分析。5.微生物組學(xué)分析中，用于衡量群落內(nèi)部物種多樣性常用的指標(biāo)有_______多樣性和_______多樣性。6.在耐藥性基因組學(xué)研究中，CARD數(shù)據(jù)庫(kù)是收錄_______資源的重要平臺(tái)。7.使用BLAST進(jìn)行序列比對(duì)時(shí)，E-value值越小，代表_______。8.基因組denovo組裝的難度與待測(cè)微生物的_______程度、基因組_______以及環(huán)境復(fù)雜度等因素有關(guān)。9.KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)不僅包含基因組信息，還提供了豐富的_______和_______數(shù)據(jù)。10.從原始測(cè)序讀段開(kāi)始，到最終獲得基因功能注釋，構(gòu)成微生物基因組數(shù)據(jù)處理的_______。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述使用BLAST進(jìn)行序列比對(duì)的基本原理及其在微生物研究中的主要應(yīng)用。2.簡(jiǎn)要比較參考基因組比對(duì)和denovo組裝在微生物基因組測(cè)序分析中的主要區(qū)別和適用場(chǎng)景。3.解釋什么是核心基因組？進(jìn)行核心基因組分析通常有什么意義？四、論述題（10分）假設(shè)你獲得了一株未知病原菌的基因組測(cè)序原始數(shù)據(jù)（FASTQ格式），請(qǐng)簡(jiǎn)述你將如何利用生物信息學(xué)工具和數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)一個(gè)基本的分析流程來(lái)：1）評(píng)估測(cè)序數(shù)據(jù)質(zhì)量；2）進(jìn)行基因組組裝；3）預(yù)測(cè)基因組中可能存在的毒力相關(guān)基因；4）將該菌株與已知相關(guān)病原體進(jìn)行初步的系統(tǒng)發(fā)育比較。請(qǐng)列出關(guān)鍵步驟、可能使用的工具或數(shù)據(jù)庫(kù)名稱，并說(shuō)明每個(gè)步驟的目的是什么。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.B5.C6.B7.B8.B9.A10.D二、填空題1.基因文庫(kù),直接2.質(zhì)量值,GC含量3.功能4.核心5.Alpha,Beta6.抗生素抗性基因7.匹配的預(yù)期值更低（或：序列更相似）8.親緣關(guān)系,復(fù)雜度9.代謝通路,藥物信息10.工作流三、簡(jiǎn)答題1.原理：BLAST（基本局部對(duì)齊搜索工具）通過(guò)將查詢序列與數(shù)據(jù)庫(kù)中所有序列進(jìn)行對(duì)比，尋找功能上或序列上相似的區(qū)域。它采用了一種啟發(fā)式算法，首先找出數(shù)據(jù)庫(kù)中與查詢序列局部相似的短片段（種子），然后逐步擴(kuò)展這些片段，以找到最長(zhǎng)的對(duì)齊區(qū)域。它計(jì)算一個(gè)期望值（E-value），代表在隨機(jī)比對(duì)中預(yù)期找到同樣或更好匹配的次數(shù)，從而評(píng)估比對(duì)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)顯著性。應(yīng)用：在微生物研究中，BLAST可用于：①物種鑒定和分類（將未知序列與已知數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)）；②尋找基因的同源物，推斷基因功能；③確定基因組中的重復(fù)序列；④比較不同基因組間的序列差異；⑤查找特定基因（如毒力基因、抗性基因）。2.區(qū)別與適用場(chǎng)景：*參考基因組比對(duì)：將測(cè)序讀段直接比對(duì)到已知的、完整的參考基因組上。優(yōu)點(diǎn)是速度快，流程相對(duì)簡(jiǎn)單，能充分利用參考基因組的注釋信息。缺點(diǎn)是僅能檢測(cè)與參考基因組相似的序列，無(wú)法發(fā)現(xiàn)新的基因、重復(fù)序列或基因組結(jié)構(gòu)變異，且受限于參考基因組的質(zhì)量和完整性。適用于已知物種且參考基因組質(zhì)量較好的情況。*denovo組裝：不依賴參考基因組，直接將測(cè)序讀段拼接成基因組草圖。優(yōu)點(diǎn)是能發(fā)現(xiàn)新的基因、重復(fù)序列、基因組結(jié)構(gòu)變異，不受參考基因組限制。缺點(diǎn)是計(jì)算量通常較大，組裝結(jié)果可能存在錯(cuò)誤（如contigs不完整、錯(cuò)誤連接），需要額外的注釋步驟。適用于未知物種、基因組結(jié)構(gòu)復(fù)雜、或參考基因組缺乏/質(zhì)量差的情況。3.核心基因組定義：核心基因組是指在一個(gè)物種群體（如一個(gè)屬或一個(gè)科）的所有個(gè)體基因組中，都存在的、且序列高度相似的基因集合。這些基因通常被認(rèn)為是該物種共有的、具有基本生物學(xué)功能的保守部分。意義：進(jìn)行核心基因組分析的主要意義在于：①揭示物種的保守遺傳特征和核心生物學(xué)功能；②去除個(gè)體間差異較大的基因，有助于更清晰地比較不同物種或群體間的進(jìn)化關(guān)系；③識(shí)別物種特異性基因，有助于物種界定和分類；④作為比較基因組學(xué)研究的基礎(chǔ)，研究基因家族的進(jìn)化和變異模式。四、論述題設(shè)計(jì)的基本分析流程如下：1.評(píng)估測(cè)序數(shù)據(jù)質(zhì)量：*步驟：使用工具（如FastQC）對(duì)原始FASTQ文件進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估。*工具/數(shù)據(jù)庫(kù)：FastQC。*目的：檢查讀段長(zhǎng)度分布、GC含量、N比例、接頭序列、低質(zhì)量讀段比例等，判斷數(shù)據(jù)是否滿足后續(xù)分析要求，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果決定是否需要進(jìn)行清洗（如使用Trimmomatic或cutadapt去除低質(zhì)量讀段和接頭）。2.進(jìn)行基因組組裝：*步驟：將清洗后的高質(zhì)量讀段輸入denovo組裝工具進(jìn)行拼接。根據(jù)讀段長(zhǎng)度和復(fù)雜度選擇合適的工具（如SPAdes或MEGAHIT）。*工具/數(shù)據(jù)庫(kù)：SPAdes,MEGAHIT。*目的：將大量短讀段拼接成更長(zhǎng)的基因組片段（contigs），構(gòu)建出該未知菌株的基因組草圖。3.預(yù)測(cè)基因組中可能存在的毒力相關(guān)基因：*步驟：對(duì)組裝得到的基因組草圖進(jìn)行基因預(yù)測(cè)（如使用Glimmer或GeneMark），得到蛋白質(zhì)序列。然后利用毒力基因數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)或注釋。例如，使用BLAST將預(yù)測(cè)的蛋白質(zhì)序列比對(duì)到CARD數(shù)據(jù)庫(kù)，查找匹配的已知毒力基因。*工具/數(shù)據(jù)庫(kù)：Glimmer/GeneMark,BLAST,CARD。*目的：鑒定基因組中編碼可能與該病原菌致病性相關(guān)的蛋白質(zhì)的基因。4.將該菌株與已知相關(guān)病原體進(jìn)行初步的系統(tǒng)發(fā)育比較：*步驟：從組裝好的基因組或基因預(yù)測(cè)結(jié)果中提取保守的標(biāo)記基因序列（如16SrRNA基因、核心基因組蛋白編碼基因）。將這些序列與已知相關(guān)病原體的對(duì)應(yīng)序列進(jìn)行多序列比