2025年大學《生物信息學》專業(yè)題庫——遺傳突變頻率分析與環(huán)境適應性考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述點突變、插入突變和缺失突變對基因編碼序列和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的影響。二、根據(jù)Hardy-Weinberg平衡原理，解釋影響群體遺傳平衡狀態(tài)的主要因素。假設在一個隨機婚配的群體中，控制某種性狀的基因（A、a）遵循Hardy-Weinberg平衡，測得aa基因型個體頻率為0.36。請計算：1.該群體中A和a等位基因的頻率。2.基因型AA和Aa的預期頻率。三、在一個特定的種群中，對某個單核苷酸多態(tài)性（SNP）位點進行檢測，發(fā)現(xiàn)純合子AA占60%，純合子aa占40%。請計算該SNP位點的等位基因頻率（A和a）和基因型頻率。如果該種群處于Hardy-Weinberg平衡狀態(tài)，請計算該SNP位點的預期雜合子頻率。假設在該種群的鄰近區(qū)域存在環(huán)境壓力，導致AA基因型個體存活率顯著高于Aa和aa基因型（選擇系數(shù)s_A^2=0.1forA,s_a^2=0.01fora），請簡述選擇對此SNP位點基因型頻率和等位基因頻率可能產(chǎn)生的影響。四、描述使用生物信息學方法分析大規(guī)模基因組測序數(shù)據(jù)以計算群體中遺傳突變頻率的基本流程。提及至少三種在流程中可能用到的關鍵生物信息學工具或數(shù)據(jù)庫，并簡要說明其作用。五、假設你獲得了某種病原體在不同時間點的基因組測序數(shù)據(jù)，并檢測到某個耐藥相關基因的某個SNP位點頻率隨時間顯著升高。請闡述如何利用生物信息學方法分析該SNP頻率變化趨勢，并推測其與環(huán)境適應性（如抗生素使用）之間可能的關系。在分析過程中，你需要考慮哪些潛在的因素或需要收集哪些額外信息？六、遺傳負荷（GeneticLoad）是衡量群體中有害等位基因去除程度的指標。簡述衡量遺傳負荷的幾種主要方法（如顯性遺傳負荷、隱性遺傳負荷）。在一個理想化的隨機mating群體中，如果存在一個完全顯性的有害隱性基因（aa），其等位基因a的頻率（q）為0.1。請計算該群體的隱性遺傳負荷（Ls）。如果該有害基因是半顯性（aa表現(xiàn)為輕度有害，Aa與AA差異不大），你認為隱性遺傳負荷的估計值會發(fā)生怎樣的變化？請說明理由。試卷答案一、點突變可能改變密碼子，導致氨基酸替換（同義、錯義、無義突變）、移碼突變或產(chǎn)生終止密碼子。插入或缺失突變可能導致閱讀框移位，通常導致下游氨基酸序列完全改變，蛋白質(zhì)功能可能喪失或改變。二、1.根據(jù)Hardy-Weinberg，aa頻率q2=0.36，則q=√0.36=0.6。等位基因頻率p+q=1，故p=1-0.6=0.4。因此，A等位基因頻率為0.4，a等位基因頻率為0.6。2.預期頻率：AA頻率p2=(0.4)2=0.16；Aa頻率2pq=2*0.4*0.6=0.48。三、1.A等位基因頻率p=(2*AA+Aa)/(2*總個體數(shù))=(2*0.6+0.48)/2=0.84/2=0.42。a等位基因頻率q=1-p=1-0.42=0.58?；蛐皖l率：AA=0.6，Aa=0.48，aa=0.4。2.預期雜合子頻率=2pq=2*0.42*0.58=0.4876。3.選擇會導致A等位基因頻率增加（選擇系數(shù)s_A^2>s_a^2），a等位基因頻率降低。AA基因型頻率會增加，Aa基因型頻率的變化取決于選擇強度和遺傳力，但總體上AA會相對增加，aa會相對減少。四、基本流程：①獲取目標物種或群體的基因組測序數(shù)據(jù)（如WGS,RNA-Seq）；②質(zhì)量控制與預處理（去除低質(zhì)量讀段、過濾接頭序列等）；③參考基因組比對（使用工具如SAMtools）；④變異檢測（使用工具如GATK,FreeBayes）；⑤變異注釋（使用工具如SnpEff,ANNOVAR，關聯(lián)基因功能信息）；⑥頻率統(tǒng)計（使用工具如VCFtools計算SNP/InDel頻率，或直接統(tǒng)計基因型數(shù)據(jù)）；⑦結(jié)果分析與解讀。關鍵工具/數(shù)據(jù)庫包括：SAMtools（比對）、GATK/VCFtools（變異檢測與統(tǒng)計）、dbSNP/VEP（注釋）、NCBIGenBank（數(shù)據(jù)獲?。Ｎ?、分析流程：①從不同時間點的測序數(shù)據(jù)中提取目標SNP位點的基因型信息；②統(tǒng)計每個時間點該SNP位點的等位基因頻率（特別是耐藥等位基因頻率）；③繪制頻率變化趨勢圖；④比較頻率變化速率與環(huán)境壓力（如抗生素使用強度、頻率）的時間關系。需考慮因素/額外信息：群體大小變化、遷移、遺傳漂變、其他同時發(fā)生的突變、確證耐藥表型實驗數(shù)據(jù)、抗生素使用歷史的詳細記錄。六、衡量方法：隱性遺傳負荷Ls=q2（所有隱性純合子個體相對于雜合子的平均貢獻減少），顯性遺傳負荷Ld=2pq（所有顯性純合子個體相對于雜合子的平均貢獻減少，適用于完全顯性有害基因）。計算：Ls=(0.1)2=0.01。若有害基因是半顯性，aa個體仍有害但程度較輕，AA個體正常，Aa個體表現(xiàn)為輕度有害。由于Aa的表現(xiàn)介于AA和