2025年大學《生物信息學》專業(yè)題庫——基因組學對人類種群遺傳演化的貢獻考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項字母填入括號內(nèi)）1.在人類基因組關聯(lián)研究（GWAS）中，用于檢測多個遺傳標記間關聯(lián)并控制多重檢驗錯誤的常用方法是？A.單倍型分析B.基因表達量分析C.主成分分析（PCA）D.多重假設檢驗校正方法（如Bonferroni,FDR）2.下列哪項技術通常被認為是現(xiàn)代高通量人類基因組測序的奠基性技術？A.Sanger測序B.基因芯片（Microarray）C.第二代測序（NGS）D.基因編輯（CRISPR）3.Fst統(tǒng)計量主要用于衡量？A.一個群體內(nèi)部等位基因的多樣性B.兩個群體之間遺傳距離或分化程度C.基因在群體中的選擇壓力D.個體的雜合度4.當我們使用全基因組重測序數(shù)據(jù)來推斷人類的祖先數(shù)量和分化時間時，下列哪項方法最為常用？A.基因芯片分析B.系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建C.?群體結(jié)構(gòu)分析（如ADMIXTURE）結(jié)合時間模型D.基因表達譜聚類5.在分析人類種群遺傳歷史時，"走出非洲"模型通常指的是？A.人類從非洲大陸向亞洲和歐洲遷徙的過程B.現(xiàn)代人類從非洲起源，并替代了已滅絕的早期人類物種（如尼安德特人）C.非洲內(nèi)部不同人群之間的基因交流D.人類與其它靈長類動物的進化關系6.適應性演化是指生物體通過自然選擇，其有利性狀的頻率在種群中增加的過程?；蚪M學中，檢測適應性演化的常用方法之一是？A.檢測群體中的中性變異B.檢測基因組中受負選擇保護的區(qū)域C.檢測特定基因位點頻率顯著偏離中性預期D.分析群體間的遺傳距離7.對于來自不同地理區(qū)域的人類群體樣本，進行主成分分析（PCA）的主要目的是？A.構(gòu)建個體基因型序列B.估計群體間的遺傳距離和結(jié)構(gòu)C.測量群體內(nèi)部遺傳多樣性D.預測個體的具體基因型8.線粒體DNA（mtDNA）和Y染色體在研究人類種群歷史時具有特殊優(yōu)勢，主要是因為它們？A.含有大量與疾病相關的基因B.具有比核DNA更快的進化速率C.僅通過母系或父系單向遺傳，群體結(jié)構(gòu)清晰D.分布在細胞質(zhì)和細胞核中9.在人類基因組數(shù)據(jù)的變異檢測中，Indel通常指的是？A.單核苷酸多態(tài)性（SNP）B.短串聯(lián)重復序列（STR）C.插入（Insertion）或缺失（Deletion）D.基因拷貝數(shù)變異（CNV）10.GnomAD數(shù)據(jù)庫主要提供了？A.人類基因組的重測序變異頻率數(shù)據(jù)B.人類不同人群的基因型數(shù)據(jù)C.基因表達譜和蛋白質(zhì)組學數(shù)據(jù)D.基因功能注釋信息二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填入橫線處）1.利用高通量測序技術獲取大規(guī)模人類基因組數(shù)據(jù)后，通常需要進行__________、變異檢測和注釋等關鍵步驟才能用于后續(xù)的種群遺傳分析。2.衡量一個群體遺傳多樣性的常用指標包括核苷酸多樣性（π）和__________。3.基于現(xiàn)代基因組學數(shù)據(jù)，科學家利用__________等方法重建了人類走出非洲后主要遷徙擴散路線的模型。4.在全基因組關聯(lián)研究（GWAS）中，發(fā)現(xiàn)與特定疾病相關的顯著關聯(lián)信號通常位于基因組中的__________區(qū)域。5.基因組學研究表明，人類群體遺傳結(jié)構(gòu)在非洲大陸內(nèi)部也存在顯著差異，這反映了__________的存在。6.選擇信號檢測方法，如計算dN/dS比值，可以幫助我們識別基因組中可能經(jīng)歷過__________的基因或區(qū)域。7.通過比較不同人群的基因組SNP頻率差異，可以估計兩個群體首次相遇并發(fā)生基因交流的大致時間，這一方法被稱為__________。8.基因組學不僅揭示了人類的宏觀遷徙歷史，也為研究人類與環(huán)境的適應性進化（如膚色、乳糖耐受等）提供了強有力的__________。9.常用的生物信息學工具PLINK可用于處理基因型數(shù)據(jù)、進行關聯(lián)分析以及計算遺傳距離等，它是一種__________軟件。10.在人類種群遺傳演化的研究中，除了基因組數(shù)據(jù)，有時也會結(jié)合線粒體DNA、Y染色體以及__________等多組遺傳標記進行綜合分析。三、簡答題（每題5分，共20分。請簡潔明了地回答下列問題）1.簡述使用高通量測序技術進行人類基因組重測序的主要流程。2.解釋什么是哈代-溫伯格平衡？在自然人群中，哪些因素可能導致偏離哈代-溫伯格平衡？3.簡述主成分分析（PCA）在人類基因組數(shù)據(jù)中通常如何應用，及其主要目的。4.人類復雜性狀（如身高、智力）的遺傳基礎通常涉及多個基因的微小效應，基因組學研究中如何應對這種多基因遺傳的挑戰(zhàn)？四、論述題（每題10分，共30分。請結(jié)合所學知識，全面深入地回答下列問題）1.論述全基因組關聯(lián)研究（GWAS）在揭示人類復雜疾病遺傳基礎方面的貢獻、局限性以及未來的發(fā)展方向。2.結(jié)合具體的基因組學證據(jù)（如特定基因或變異的頻率變化），論述人類在走出非洲后的適應性演化實例。3.比較分析線粒體DNA和Y染色體在研究人類近期種群歷史（過去幾萬年內(nèi)）方面的各自優(yōu)勢和局限性。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.C5.B6.C7.B8.C9.C10.A二、填空題1.數(shù)據(jù)處理2.群體雜合度（或雜合信息量Heterozygosity）3.主成分分析（PCA）/群體結(jié)構(gòu)分析（PopulationStructureAnalysis）4.聚集成簇（Clustering）5.群體結(jié)構(gòu)（PopulationStructure）6.正選擇（PositiveSelection）7.TMRCA（時間最近公共祖先TimetoMostRecentCommonAncestor）8.證據(jù)（Evidence）9.命令行（Command-line）/開源（Open-source）10.形態(tài)學特征（MorphologicalTraits）/考古學證據(jù)（ArchaeologicalEvidence）三、簡答題1.高通量測序人類基因組重測序的主要流程通常包括：樣本采集與DNA提取、文庫構(gòu)建（如PCR擴增、添加接頭）、高通量測序（如Illumina測序平臺）、原始數(shù)據(jù)質(zhì)控（BaseCalling,Filtering低質(zhì)量讀段/接頭序列）、數(shù)據(jù)比對（將測序讀段比對到參考基因組）、變異檢測（識別SNP,Indel,CNV等）、變異注釋（確定變異類型、位置及其功能影響）、以及最終的群體水平數(shù)據(jù)分析（如計算群體統(tǒng)計量、進行群體結(jié)構(gòu)分析、關聯(lián)研究等）。2.哈代-溫伯格平衡是指在隨機交配、沒有選擇、沒有突變、沒有遷移、種群無限大的理想條件下，一個群體中基因頻率和等位基因頻率在世代間保持不變的狀態(tài)。偏離哈代-溫伯格平衡的因素包括：自然選擇（某些基因型具有生存優(yōu)勢）、遺傳漂變（小種群中隨機事件導致基因頻率變化）、突變（新等位基因的引入）、遷移（不同種群間基因交流）、以及非隨機交配（近親交配等）。3.PCA在人類基因組數(shù)據(jù)中通常應用為：首先計算群體間或個體間的遺傳距離或相關性矩陣（常用PCA或PCoA方法），然后將高維的基因組數(shù)據(jù)（如基因型轉(zhuǎn)換后的主效應基因座數(shù)據(jù)）投影到由前幾個主成分（PCs）定義的較低維度的空間中。主要目的是通過主成分的載荷（loadings）和得分（scores）來可視化群體間的遺傳差異和結(jié)構(gòu)，識別主要的遺傳變異模式，并用于后續(xù)的聚類分析或關聯(lián)研究。4.人類復雜性狀遺傳基礎的挑戰(zhàn)在于涉及多個基因的微小效應，且基因與環(huán)境、基因與基因之間存在復雜的相互作用?；蚪M學研究中應對這種挑戰(zhàn)的方法包括：進行大規(guī)模全基因組關聯(lián)研究（GWAS）以精細mapping關聯(lián)信號區(qū)域；利用全基因組測序（WGS）獲取更全面的變異信息；結(jié)合孟德爾隨機化研究（MR）推斷因果關系；運用基因組廣泛關聯(lián)研究（GWAS）分析多個性狀或基因集；整合多組學數(shù)據(jù)（表觀組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組等）；發(fā)展新的統(tǒng)計模型來處理多基因效應和交互作用。四、論述題1.全基因組關聯(lián)研究（GWAS）通過比較病例和對照群體中大量遺傳標記（主要是SNP）的頻率差異，成功識別了與多種復雜疾?。ㄈ缣悄虿　⑿呐K病、精神疾病）相關的風險基因或變異所在的區(qū)域（風險區(qū)間）。其貢獻在于極大地擴展了我們對復雜疾病遺傳基礎的認知，發(fā)現(xiàn)了許多以前未知的風險因素。局限性包括：檢測到的關聯(lián)效應通常較小，難以完全解釋疾病的表型變異；難以將關聯(lián)信號定位到具體的因果基因和功能變異；存在假陽性結(jié)果的風險（需嚴格多重檢驗校正）；難以完全區(qū)分遺傳變異對疾病直接因果作用和間接關聯(lián)（如與已知基因的連鎖不平衡）。未來發(fā)展方向包括：進行更大規(guī)模、更多樣化的GWAS研究以獲得更精確的效應估計和發(fā)現(xiàn)新的關聯(lián)信號；結(jié)合全基因組測序數(shù)據(jù)和家系研究以解析多效性變異和基因間交互作用；利用功能基因組學研究（如CRISPR篩選）驗證GWAS發(fā)現(xiàn)的因果變異；整合環(huán)境因素進行孟德爾隨機化研究，探索遺傳變異與環(huán)境因素的交互作用。2.人類走出非洲后的適應性演化實例體現(xiàn)在多個方面。例如，在從非洲遷出到達高海拔地區(qū)（如安第斯山脈、青藏高原）的人群中，通過GWAS發(fā)現(xiàn)了控制紅細胞生成（如EPAS1基因）和氧氣運輸效率的特定基因（如HIF2A）發(fā)生了強烈的正選擇，使得這些人群能夠適應低氧環(huán)境。又如，在適應熱帶和亞熱帶地區(qū)的人群中，關于膚色性狀的基因（如MC1R,OCA2,SLC24A5）顯示出與日照強度相關的選擇信號，導致不同人群形成不同的膚色保護機制。此外，在適應乳制品飲食的人群中（如歐洲和一些非洲族群），乳糖耐受基因（LCT）及其調(diào)控基因（MCM6）經(jīng)歷了強烈的正選擇，使得成人能夠持續(xù)消化乳糖。這些實例都表明，基因組學證據(jù)揭示了人類在遷移擴散過程中，為了適應不同地理環(huán)境和社會文化條件，其基因頻率發(fā)生了定向選擇，形成了地域性的遺傳特征。3.線粒體DNA（mtDNA）和Y染色體在研究人類近期種群歷史（過去幾萬年內(nèi)）方面各有優(yōu)勢。優(yōu)勢：兩者均只通過母系（mtDNA）或父系（Y染色體）單向遺傳，理論上可以追溯清晰的母系或父系譜系，簡化了群體遺傳分析；它們進化速度快于核DNA，能在相對較短的時間內(nèi)積累足夠變異，適合研究近期歷史；mtDNA和Y染色體缺乏重組，其變異圖譜能更直接地反映母系或父系群體的進化歷史。局限性：mtDNA和Y染色體僅代表群體遺傳多樣性的一個方面（母系和父系），無法提供關于整個群體遺傳結(jié)構(gòu)的信息；它們只包