2025年大學《生物信息學》專業(yè)題庫——RNA修飾與病原微生物的關系研究新進展考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種RNA修飾在真核生物mRNA的3'端常見，并在調(diào)控mRNA穩(wěn)定性、定位和翻譯中發(fā)揮重要作用？A.m6AB.m1AC.N6m5AD.5mC2.在研究病原微生物RNA修飾時，MeRIP-Seq技術主要利用什么原理來富集被特定修飾RNA結(jié)合的RNA片段？A.RNA與蛋白質(zhì)的相互作用B.特異性抗體識別修飾位點C.修飾RNA與磁珠的親和力D.RNA的二級結(jié)構(gòu)特征3.tRNA上的修飾（如偽尿苷ψ）對于翻譯過程至關重要，它們主要參與：A.mRNA的剪接B.核糖體的組裝C.氨基酸的活化D.mRNA的降解調(diào)控4.以下哪項不是目前生物信息學分析病原微生物m6A修飾數(shù)據(jù)常用的方法？A.使用STAR或HISAT2進行RNA-seqReads比對B.利用MACS2進行峰叫（PeakCalling）以識別修飾富集區(qū)域C.通過m6A-DB數(shù)據(jù)庫進行修飾位點的注釋D.應用Ribo-Seq數(shù)據(jù)直接預測mRNA的翻譯起始位點5.研究發(fā)現(xiàn)，某種病毒RNA病毒的高豐度m6A修飾可能與其逃避免疫系統(tǒng)識別有關，這體現(xiàn)了RNA修飾在病原微生物致病機制中的哪種功能？A.調(diào)控病毒蛋白翻譯效率B.影響病毒RNA的復制與包裝C.降低病毒RNA被宿主RNA干擾通路識別的可能性D.增強病毒在宿主細胞內(nèi)的穩(wěn)定性6.在生物信息學分析中，用于構(gòu)建RNA修飾調(diào)控網(wǎng)絡的軟件或工具通常不包括：A.CytoscapeB.STRINGC.HISAT2D.igv7.5mC和m6A是兩種常見的RNA修飾，它們在結(jié)構(gòu)上有什么根本區(qū)別？A.5mC修飾發(fā)生在腺嘌呤上，m6A發(fā)生在胞嘧啶上B.5mC修飾在RNA的5'端，m6A在3'端C.5mC是甲基化修飾，m6A是脫氨修飾D.5mC是核糖環(huán)的5'碳原子甲基化，m6A是腺嘌呤的N6位點甲基化8.分析病原微生物全基因組或轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)時，使用DESeq2或edgeR等工具進行差異表達分析，其基本前提假設是什么？A.所有基因在病原體中表達量都相等B.數(shù)據(jù)中的差異信號主要來源于噪聲C.差異表達基因的原始計數(shù)數(shù)據(jù)符合泊松分布或負二項分布D.病原微生物的基因組結(jié)構(gòu)非常簡單9.如果一項研究旨在利用生物信息學方法鑒定某種細菌中一個新的RNA修飾位點，以下哪個步驟通常是不必要的？A.收集該細菌的RNA測序數(shù)據(jù)B.設計并合成特異性探針進行實驗驗證C.使用生物信息學工具進行序列比對和motif分析D.構(gòu)建基因敲除菌株以研究該修飾的功能10.RNA修飾在病原微生物與宿主相互作用中扮演的角色可能包括：A.作為病原體識別宿主細胞的分子標簽B.調(diào)控病原體毒力因子的表達C.修飾宿主小RNA，影響宿主免疫應答D.以上所有二、填空題（每空2分，共20分）1.RNA修飾是指RNA分子中核苷酸的化學修飾，除了常見的A、U、G、C堿基外，還可能發(fā)生如________、________、________等修飾。2.用于檢測RNA修飾的CLIP-Seq技術（如HITS-CLIP,RiboCLIP）通常依賴于與修飾核苷酸具有特異性結(jié)合能力的__________來富集修飾RNA片段。3.在生物信息學分析中，評估RNA修飾富集區(qū)域統(tǒng)計學顯著性時，常需要計算__________值，以控制多重檢驗的假發(fā)現(xiàn)率。4.研究表明，m6A修飾酶（如YTHDF家族蛋白）在病原微生物中可能參與調(diào)控__________和__________等關鍵生物學過程。5.為了研究RNA修飾對病原微生物基因表達的影響，可以構(gòu)建RNA修飾酶突變株，并通過比較其__________和__________的差異來實現(xiàn)。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述Ribo-Seq技術的基本原理及其在研究病原微生物翻譯過程中的優(yōu)勢。2.比較m6A修飾和5mC修飾在RNA分子中可能發(fā)揮的不同生物學功能。3.描述生物信息學分析中，從原始RNA測序數(shù)據(jù)到鑒定病原微生物中RNA修飾位點的典型流程。4.病原微生物如何利用RNA修飾來逃避免疫系統(tǒng)的監(jiān)控？請列舉至少兩種機制。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述生物信息學方法在揭示RNA修飾調(diào)控病原微生物與宿主互作網(wǎng)絡中的重要作用，并舉例說明。2.鑒于RNA修飾研究領域的快速發(fā)展，請結(jié)合具體實例，探討未來利用生物信息學技術進一步深入研究的潛在方向和挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.A2.B3.B4.D5.C6.C7.D8.C9.B10.D二、填空題1.5mC,m1A,N6m5A(或其他合理答案，如假尿苷ψ,2'-O-Me)2.抗體(或特異性核酸適配體)3.FDR(或FalseDiscoveryRate)4.基因表達調(diào)控,翻譯調(diào)控(或其他合理答案，如應激反應,分泌)5.轉(zhuǎn)錄組(或RNA-seq數(shù)據(jù)),翻譯組(或蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù))三、簡答題1.Ribo-Seq技術的基本原理及其在研究病原微生物翻譯過程中的優(yōu)勢：*原理：Ribo-Seq是一種高分辨率的翻譯組測序技術，通過使用能與核糖體結(jié)合的RNA特異性探針（通常是帶有親和素標簽的核糖核苷酸類似物，如氨酰-tRNA類似物aaN）取代天然氨基酸進入核糖體A位點，從而將核糖體及其所翻譯的mRNA捕獲并固定。隨后，通過純化被標記的核糖體，進行RNA反轉(zhuǎn)錄和測序，最終獲得核糖體翻譯圖譜，可以精確定位mRNA的翻譯起始位點、延伸效率和多聚腺苷酸化位點。*優(yōu)勢：*高分辨率：能夠精確定位翻譯起始密碼子和多聚腺苷酸化位點，遠高于基于全RNA測序的方法。*定量分析：可以對翻譯延伸速率進行定量，揭示翻譯調(diào)控的動態(tài)變化。*核糖體足跡：通過分析核糖體在mRNA上的分布，可以識別可翻譯開放閱讀框（ORF）和潛在的翻譯調(diào)控元件。*適用性：可用于研究各種生物（包括病原微生物）的翻譯調(diào)控機制，即使對于低豐度或短壽命的mRNA也有效。2.比較m6A修飾和5mC修飾在RNA分子中可能發(fā)揮的不同生物學功能：*m6A修飾：最豐富的RNA修飾之一，廣泛存在于mRNA、tRNA、rRNA等多種RNA分子中。*mRNA層面：主要參與調(diào)控mRNA的穩(wěn)定性（促進降解或保護）、定位（影響mRNA運輸?shù)教囟毎麉^(qū)域）、翻譯效率（影響核糖體識別和翻譯起始/延伸）以及RNA剪接等。*tRNA層面：通常位于反密碼環(huán)，影響tRNA與核糖體的正確配對，進而影響氨基酸的指定準確性。*功能多樣性：其功能具有“上下文依賴性”（context-dependent），即修飾位點、相鄰序列（motif）以及結(jié)合的RNA修飾酶（Writer,Eraser,Reader）共同決定其具體功能。*5mC修飾：RNA中的5mC修飾（不同于DNA中的5mC）是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新興修飾。*功能相對明確：初步研究表明，5mC修飾主要存在于特定RNA（如某些miRNA、lncRNA、snRNA）中，可能參與調(diào)控這些RNA的穩(wěn)定性、加工或功能。*與DNA甲基化的關聯(lián)：在某些情況下，RNA5mC可能受到DNA甲基化模式的調(diào)控，或者反過來影響DNA甲基化。*功能特異性：相較于m6A的廣泛和復雜功能，5mC修飾的功能可能更集中于特定的調(diào)控路徑或RNA種類。3.生物信息學分析中，從原始RNA測序數(shù)據(jù)到鑒定病原微生物中RNA修飾位點的典型流程：*數(shù)據(jù)預處理：對原始測序讀數(shù)（RawReads）進行質(zhì)量控制（如去除低質(zhì)量讀數(shù)、去除接頭序列、去除rRNA污染等），使用如Trimmomatic,Fastp等工具。*比對：將預處理后的Reads比對到參考基因組或轉(zhuǎn)錄組（如果是全轉(zhuǎn)錄組分析）上。對于m6A等修飾位點定位，通常需要使用能夠識別或容忍修飾堿基的比對工具，如STAR,HISAT2(需配置修飾堿基)或?qū)ｉT設計的工具如Salmon(forRNA-Seqwithmodifications)。*修飾識別/富集區(qū)域計算：使用特定的生物信息學工具分析比對結(jié)果，識別修飾富集區(qū)域。這可以通過比對得到的覆蓋修飾堿基的Reads進行PeakCalling（如MACS2變種，需調(diào)整參數(shù)處理修飾堿基），或者使用專門針對修飾的算法（如利用修飾特異性探針模擬數(shù)據(jù)的工具）。*修飾位點精確定位：基于富集區(qū)域或直接分析Reads覆蓋圖，精確定位單個修飾核苷酸的位置?？赡苄枰Y(jié)合多組數(shù)據(jù)或使用專門的定位工具。*注釋與功能分析：將識別出的修飾位點映射到基因模型（CDS,UTR,5'/3'端），進行注釋（如位于起始密碼子、終止密碼子、剪接位點等）。結(jié)合基因功能注釋信息，分析修飾位點的分布規(guī)律及其潛在功能。4.病原微生物如何利用RNA修飾來逃避免疫系統(tǒng)的監(jiān)控：*修飾宿主mRNA，影響免疫分子表達：病原體可能分泌或產(chǎn)生修飾酶，進入宿主細胞修飾宿主mRNA，例如降低宿主抗病毒干擾素、細胞因子或趨化因子的表達水平，從而抑制免疫反應。*修飾自身mRNA，逃避免疫識別：病原體自身RNA的修飾（如改變m6A等修飾模式）可能使其所編碼的蛋白或RNA不易被宿主免疫系統(tǒng)中的識別分子（如T細胞受體、抗體、RNA干擾相關蛋白）檢測到。*干擾宿主RNA干擾通路：通過產(chǎn)生修飾酶或修飾自身RNA，病原體可以破壞宿主的小RNA（sRNA）或其作用靶標mRNA的相互作用，從而抑制宿主RNA干擾通路對病原體的清除。*改變RNA穩(wěn)定性或定位：病原體修飾可能使其自身RNA更穩(wěn)定，從而延長其存在時間以完成復制；或者改變RNA在細胞內(nèi)的定位，使其避開免疫效應細胞或分子的到達。四、論述題1.論述生物信息學方法在揭示RNA修飾調(diào)控病原微生物與宿主互作網(wǎng)絡中的重要作用，并舉例說明：*生物信息學在揭示RNA修飾與病原互作關系中的核心作用：RNA修飾在病原微生物與宿主相互作用中扮演著日益重要的角色，而生物信息學方法為系統(tǒng)性地研究這種復雜的互作網(wǎng)絡提供了關鍵的技術支撐。*數(shù)據(jù)生成與分析：生物信息學方法是產(chǎn)生和分析病原體RNA修飾數(shù)據(jù)的基石。例如，通過開發(fā)和應用Ribo-Seq、CLIP-Seq等測序技術的生物信息學流程，可以大規(guī)模、高精度地鑒定病原體在不同生命階段和互作環(huán)境下的RNA修飾譜（如m6A,N6m5A等）。利用比較基因組學和轉(zhuǎn)錄組學分析（如WGCNA,DESeq2），可以識別在感染過程中RNA修飾模式發(fā)生顯著變化的基因或通路。*功能注釋與預測：生物信息學工具能夠?qū)㈣b定出的修飾位點映射到基因模型上，并結(jié)合公共數(shù)據(jù)庫（如MODbase,ENCODE）和機器學習模型，預測修飾位點的潛在功能。例如，分析m6A修飾富集在宿主免疫相關基因的mRNA上，并結(jié)合已知的m6A“Reader”蛋白，可以預測病原體可能通過干擾宿主免疫信號通路來逃避免疫。*網(wǎng)絡構(gòu)建與整合：利用生物信息學方法，可以構(gòu)建病原體RNA修飾調(diào)控網(wǎng)絡、宿主RNA修飾與病原體互作網(wǎng)絡、以及修飾-表型關聯(lián)網(wǎng)絡。例如，整合病原體轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、修飾組和宿主免疫組數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡分析（如Cytoscape,STRING），可以揭示RNA修飾在病原體適應宿主環(huán)境、逃避免疫和維持致病性中的協(xié)同作用機制。*實例：*SARS-CoV-2研究：生物信息學分析揭示了SARS-CoV-2病毒RNA上存在高豐度的m6A修飾，特別是m6A6A2二聚體。研究發(fā)現(xiàn)，這些修飾及其“Reader”蛋白（如YTHDF2）參與調(diào)控病毒RNA的翻譯效率和宿主免疫反應，是病毒逃避免疫的重要機制之一。*結(jié)核分枝桿菌研究：利用m6A測序和生物信息學分析，研究發(fā)現(xiàn)結(jié)核分枝桿菌mRNA存在獨特的m6A修飾模式，這些修飾可能參與調(diào)控其毒力因子的表達和宿主細胞內(nèi)生存策略的切換。2.鑒于RNA修飾研究領域的快速發(fā)展，請結(jié)合具體實例，探討未來利用生物信息學技術進一步深入研究的潛在方向和挑戰(zhàn)。*未來潛在研究方向：*單細胞分辨率分析：開發(fā)和利用單細胞RNA測序（scRNA-seq）聯(lián)合修飾測序（如scRibo-CLIP）技術，結(jié)合單細胞生物信息學分析，揭示RNA修飾在不同細胞類型和感染微環(huán)境中的異質(zhì)性和動態(tài)變化，例如研究修飾在免疫細胞分化和功能中的作用。*表觀遺傳調(diào)控網(wǎng)絡整合：將RNA修飾數(shù)據(jù)與DNA甲基化、組蛋白修飾等其他表觀遺傳標記數(shù)據(jù)整合分析，利用先進的網(wǎng)絡建模方法，構(gòu)建病原體和宿主細胞中更全面的表觀遺傳調(diào)控網(wǎng)絡，理解其在感染和互作中的作用機制。*修飾-序列-結(jié)構(gòu)關聯(lián)分析：發(fā)展更強大的生物信息學工具，結(jié)合序列特征分析、RNA結(jié)構(gòu)預測（如使用RNAfold,ViennaRNA）和結(jié)構(gòu)生物學數(shù)據(jù)（如NMR,X-ray），深入解析RNA修飾如何影響RNA的構(gòu)象穩(wěn)定性及其與RNA結(jié)合蛋白（Reader）的相互作用界面。*功能預測與驗證算法：利用機器學習和深