2025年大學(xué)《生物信息學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——生物信息學(xué)在植物保護(hù)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.在分析未知植物病原菌的基因組序列，以確定其分類(lèi)地位時(shí)，以下哪種生物信息學(xué)工具或數(shù)據(jù)庫(kù)通常不被首先使用？A.NCBIGenBankB.BLAST序列比對(duì)C.蛋白數(shù)據(jù)庫(kù)（如Swiss-Prot）D.系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)構(gòu)建軟件（如RAxML）2.用于鑒定候選抗病基因時(shí)，分析病原菌分泌的效應(yīng)蛋白（Effectors）與植物細(xì)胞內(nèi)目標(biāo)蛋白的相互作用通常涉及哪種生物信息學(xué)技術(shù)？A.基因表達(dá)譜分析B.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與功能域分析C.基因組重測(cè)序D.系統(tǒng)發(fā)育分析3.如果研究人員希望探索某植物與特定病原菌互作過(guò)程中差異表達(dá)基因的潛在功能通路，他們最可能利用哪種生物信息學(xué)資源？A.16SrRNA基因測(cè)序數(shù)據(jù)B.基因本體論（GO）注釋數(shù)據(jù)庫(kù)C.真菌毒力基因數(shù)據(jù)庫(kù)D.植物抗病相關(guān)基因家族數(shù)據(jù)庫(kù)4.在進(jìn)行植物基因組重測(cè)序數(shù)據(jù)分析，以尋找與病害抗性相關(guān)的SNP（單核苷酸多態(tài)性）時(shí)，以下哪項(xiàng)通常不是關(guān)鍵步驟？A.參考基因組比對(duì)B.統(tǒng)計(jì)變異位點(diǎn)C.物種系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)構(gòu)建D.抗性基因功能注釋5.用于大規(guī)模篩選植物中抗蟲(chóng)基因，并預(yù)測(cè)其編碼蛋白的殺蟲(chóng)活性時(shí)，以下哪種數(shù)據(jù)庫(kù)或資源可能最為常用？A.植物轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)（如SRA）B.蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)（如Pfam,SMART）C.基因表達(dá)調(diào)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)D.病蟲(chóng)害基因組數(shù)據(jù)庫(kù)6.當(dāng)需要預(yù)測(cè)植物病原菌毒力因子（VirulenceFactors）的功能時(shí)，除了序列比對(duì)和結(jié)構(gòu)域分析外，以下哪種方法可能被采用？A.基因表達(dá)譜聚類(lèi)分析B.蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)分析C.系統(tǒng)發(fā)育距離計(jì)算D.植物抗性基因芯片雜交7.在利用生物信息學(xué)方法進(jìn)行轉(zhuǎn)基因作物安全性評(píng)估（特別是對(duì)非靶標(biāo)生物的影響）時(shí)，可能會(huì)關(guān)注哪種分析？A.轉(zhuǎn)基因插入位點(diǎn)的序列分析B.轉(zhuǎn)基因表達(dá)量動(dòng)力學(xué)分析C.轉(zhuǎn)基因蛋白與非靶標(biāo)生物蛋白的相似性比對(duì)D.植物基因組穩(wěn)定性分析8.用于比較不同植物品種對(duì)某種病害響應(yīng)的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，以識(shí)別關(guān)鍵抗性相關(guān)通路時(shí)，以下哪種分析方法最為核心？A.DNA序列指紋圖譜分析B.差異基因表達(dá)分析（如DESeq2）C.轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)預(yù)測(cè)D.基因組拷貝數(shù)變異分析9.在植物保護(hù)領(lǐng)域，利用生物信息學(xué)分析病原菌群體遺傳結(jié)構(gòu)，以追蹤病害傳播源和演變趨勢(shì)時(shí)，常涉及哪種分析？A.基因表達(dá)譜分析B.表觀基因組分析C.聚類(lèi)分析（如UPGMA,K-means）D.蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析10.開(kāi)發(fā)用于快速檢測(cè)植物病原菌（如病毒）的在線(xiàn)工具或數(shù)據(jù)庫(kù)，主要依賴(lài)于哪種生物信息學(xué)技術(shù)？A.基因組大規(guī)模測(cè)序技術(shù)B.序列比對(duì)算法（如BLAST）C.蛋白質(zhì)折疊預(yù)測(cè)模型D.系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)可視化軟件二、填空題（每空2分，共20分）1.利用生物信息學(xué)方法，可以通過(guò)分析病原菌基因組中的__________基因數(shù)量和類(lèi)型，來(lái)評(píng)估其潛在的致病能力。2.在進(jìn)行植物抗病基因挖掘時(shí)，比較抗病和感病品種基因組差異，常用的分析方法包括__________和__________。3.為了研究植物與病原菌互作的分子機(jī)制，可以構(gòu)建植物-病原菌__________，分析其中的相互作用對(duì)。4.生物信息學(xué)工具_(dá)_________可用于在大型基因或蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索特定序列或motif。5.通過(guò)分析植物病原菌全基因組數(shù)據(jù)，可以繪制__________，揭示不同菌株間的親緣關(guān)系和進(jìn)化歷史。6.利用生物信息學(xué)預(yù)測(cè)病原菌分泌的效應(yīng)蛋白對(duì)植物細(xì)胞造成的__________，是理解其致病機(jī)制的重要途徑。7.在設(shè)計(jì)針對(duì)植物病毒的基因編輯策略時(shí)，需要利用生物信息學(xué)預(yù)測(cè)合適的__________位點(diǎn)。8.分析植物根際微生物群落結(jié)構(gòu)及其與植物病害互作關(guān)系，常涉及__________和宏基因組分析等技術(shù)。9.基因表達(dá)譜芯片或高通量測(cè)序數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)__________、標(biāo)準(zhǔn)化和差異表達(dá)分析等步驟，才能解讀其生物學(xué)意義。10.生物信息學(xué)方法可以用于分析植物次生代謝產(chǎn)物數(shù)據(jù)庫(kù)，預(yù)測(cè)其可能具有的__________活性，為尋找新型植物保護(hù)劑提供線(xiàn)索。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述利用生物信息學(xué)方法鑒定植物病原菌物種的一般流程。2.簡(jiǎn)述生物信息學(xué)在尋找植物抗病基因方面可以提供哪些類(lèi)型的證據(jù)。3.簡(jiǎn)述構(gòu)建植物-病原菌互作網(wǎng)絡(luò)的步驟及其意義。4.簡(jiǎn)述利用生物信息學(xué)進(jìn)行轉(zhuǎn)基因作物非靶標(biāo)效應(yīng)預(yù)測(cè)可能涉及的分析內(nèi)容。四、分析題（每題15分，共30分）1.假定你獲得了一組來(lái)自不同地區(qū)、疑似為某種細(xì)菌葉斑病的病原菌的基因組草圖序列。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)基于生物信息學(xué)的方案，用于：(1)鑒定這些菌株是否為同一種病原菌；(2)評(píng)估這些菌株的遺傳多樣性；(3)初步尋找可能決定其致病性的基因或特征。2.假定你收集了某抗病水稻品種和感病近緣品種在感染稻瘟病菌后的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)。請(qǐng)描述你會(huì)如何利用生物信息學(xué)工具和分析方法：(1)篩選出抗病品種中顯著上調(diào)的基因；(2)對(duì)這些基因進(jìn)行功能注釋?zhuān)茰y(cè)它們可能參與的抗病機(jī)制；(3)尋找其中可能編碼抗病蛋白的基因。---試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.C5.B6.B7.C8.B9.C10.B二、填空題1.毒力2.基因組測(cè)序（或WGS）、全基因組關(guān)聯(lián)分析（或GWAS）3.互作網(wǎng)絡(luò)4.BLAST5.系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)（或進(jìn)化樹(shù)）6.蛋白質(zhì)組損傷（或細(xì)胞脅迫）7.基因編輯（或CRISPR）8.16SrRNA基因（或18SrRNA基因）測(cè)序9.數(shù)據(jù)預(yù)處理10.生物活性（或農(nóng)藥）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：首先需獲取病原菌的基因組序列（可來(lái)自公共數(shù)據(jù)庫(kù)或自行測(cè)序）。然后使用BLAST等工具將序列與已知病原菌基因組或序列數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)。根據(jù)比對(duì)結(jié)果，計(jì)算序列相似度或進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析（構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)）。最后，結(jié)合序列相似度閾值和系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)位置，確定病原菌的物種分類(lèi)。2.解析思路：生物信息學(xué)提供多種證據(jù)。首先，全基因組測(cè)序可發(fā)現(xiàn)抗病基因的候選區(qū)域或全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）直接定位到抗病QTL。其次，比較抗病和感病品種的基因組差異，尋找獨(dú)特的變異（如SNP、InDel、結(jié)構(gòu)變異）位于抗病基因上。再次，分析抗病基因的表達(dá)模式，看其在抗病過(guò)程中是否上調(diào)或在特定組織中表達(dá)。最后，利用生物信息學(xué)預(yù)測(cè)抗病基因編碼蛋白的結(jié)構(gòu)和功能，看其是否能解釋抗性機(jī)制。3.解析思路：步驟包括：①獲取植物和病原菌的基因/蛋白質(zhì)序列；②利用生物信息學(xué)工具（如InteractomeDB,STRING,Cytoscape等）預(yù)測(cè)或篩選潛在的互作對(duì)；③構(gòu)建互作網(wǎng)絡(luò)圖，節(jié)點(diǎn)代表基因/蛋白質(zhì)，邊代表互作關(guān)系；④分析網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，識(shí)別核心互作節(jié)點(diǎn)（Hub）；⑤對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的互作進(jìn)行功能富集分析，了解互作集主要參與的生物學(xué)過(guò)程。意義在于揭示植物與病原菌互作的分子機(jī)制，尋找新的抗病或致病因子，為開(kāi)發(fā)新型防治策略提供靶點(diǎn)。4.解析思路：首先，利用生物信息學(xué)方法鑒定轉(zhuǎn)基因作物中引入的外源基因及其編碼蛋白。其次，通過(guò)序列比對(duì)，尋找該蛋白與環(huán)境中非靶標(biāo)生物（如其他植物、昆蟲(chóng)、鳥(niǎo)類(lèi)、微生物等）相關(guān)蛋白的相似性，特別是尋找可能具有相似功能或結(jié)合位點(diǎn)的蛋白。再次，預(yù)測(cè)該蛋白對(duì)非靶標(biāo)生物可能產(chǎn)生的毒性（如基于結(jié)構(gòu)域、已知毒性蛋白比對(duì)等）。最后，結(jié)合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型或數(shù)據(jù)庫(kù)，評(píng)估其可能對(duì)非靶標(biāo)生態(tài)系統(tǒng)造成的影響。四、分析題1.解析思路：(1)鑒定菌株：使用BLAST將每個(gè)基因組草圖序列與公共數(shù)據(jù)庫(kù)（如NCBIGenBank,MycoBank等）中已知的同種病原菌基因組進(jìn)行比對(duì)。計(jì)算序列相似度（如平均nucleotideidentity,ANI），如果相似度高于特定閾值（通常>95%），則可初步鑒定為同一種病原菌。(2)評(píng)估多樣性：使用多序列比對(duì)（如MAFFT,ClustalW）將所有獲得的基因組草圖序列以及參考基因組進(jìn)行比對(duì)。基于比對(duì)結(jié)果，使用系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)構(gòu)建軟件（如RAxML,PhyML）構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。樹(shù)狀圖的分支長(zhǎng)度或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以反映菌株間的遺傳距離和多樣性水平。可以計(jì)算群體遺傳學(xué)參數(shù)（如多樣性指數(shù)π,遺傳距離d）來(lái)量化多樣性。(3)尋找毒力基因：首先，將基因組序列進(jìn)行基因預(yù)測(cè)（如Glimmer,AUGUSTUS），獲得蛋白質(zhì)編碼基因列表。然后，利用生物信息學(xué)工具和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行功能注釋?zhuān)缤ㄟ^(guò)BLAST將基因序列/蛋白序列與Swiss-Prot,TrEMBL,KEGGOrthology(KO)等數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，識(shí)別其潛在功能。重點(diǎn)關(guān)注與已知毒力因子相似的基因（如效應(yīng)蛋白基因、鐵載體合成基因等）。此外，還可以分析基因組中是否存在毒力相關(guān)基因家族（如效應(yīng)蛋白家族）。2.解析思路：(1)篩選上調(diào)基因：對(duì)抗病和感病品種的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行差異表達(dá)分析，使用合適的R包（如DESeq2,edgeR）或軟件。設(shè)置合適的統(tǒng)計(jì)閾值（如p-value<0.05,|FoldChange|>2），篩選出在抗病品種中顯著上調(diào)的基因。(2)功能注釋與機(jī)制推測(cè)：將篩選出的上調(diào)基因列表輸入到GO（GeneOntology）、KEGG（KyotoEncyclopediaofGenesandGenomes）等數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行注釋。GO注釋可以了解這些基因主要參與的生物學(xué)過(guò)程（BP）、細(xì)胞組分（CC）和分子功能（MF）。KEGG通路分析可以了解它們主要參與的代謝通路或信號(hào)通路。結(jié)合已知的抗