2025年大學(xué)《生物信息學(xué)》專業(yè)題庫——基因組復(fù)制起點鑒定的生物信息學(xué)方法考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在真核生物基因組中，ORI區(qū)域的染色質(zhì)通常具有哪種特征？A.高度壓縮B.高AT富集C.高GC富集D.充斥組蛋白修飾2.以下哪種生物信息學(xué)方法主要依賴于分析ORI區(qū)域的序列保守性或特定短重復(fù)序列？A.基于ChIP-seq數(shù)據(jù)定位Cdtf1結(jié)合位點B.AT富集分析C.基于Hi-C數(shù)據(jù)的相互作用網(wǎng)絡(luò)分析D.基于機器學(xué)習(xí)的ORI預(yù)測模型3.在分析ChIP-seq數(shù)據(jù)鑒定ORI時，檢測到Cdtf1或Slm1蛋白結(jié)合的位點通常被認(rèn)為是？A.復(fù)制叉匯聚點B.復(fù)制起點C.DNA損傷位點D.染色質(zhì)開放區(qū)域4.哪種生物信息學(xué)工具或算法特別適用于通過分析DNA序列的二級結(jié)構(gòu)（如AT富集盒）來預(yù)測ORI？A.oriFinderB.DnaCC.RepLocD.UCSCGenomeBrowser5.以下哪項不是評估ORI預(yù)測結(jié)果可靠性的常用標(biāo)準(zhǔn)？A.預(yù)測位點的序列保守性B.該區(qū)域DNA合成時程的突變熱點C.特定復(fù)制起點蛋白的ChIP-seq信號覆蓋度D.預(yù)測ORI距離其上游最近基因的距離6.使用Hi-C數(shù)據(jù)鑒定ORI時，ORI區(qū)域通常表現(xiàn)出哪種獨特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征？A.與自身基因組的其他區(qū)域存在強烈的長程相互作用B.與鄰近基因的染色質(zhì)相互作用環(huán)C.與自身形成一個拓?fù)浣^緣體（TopologicallyAssociatingDomain,TAD）的邊界D.與著絲粒區(qū)域形成緊密的相互作用7.在生物信息學(xué)分析中，將多個來源的數(shù)據(jù)（如序列、ChIP-seq、Hi-C）整合起來鑒定ORI的主要優(yōu)勢是什么？A.可以完全避免單一數(shù)據(jù)源的噪聲B.能夠提供更全面、更可靠的ORI候選區(qū)域信息C.顯著減少了計算分析所需的時間D.使ORI預(yù)測結(jié)果更符合特定物種的進化歷史8.基于DNA復(fù)制時程實驗數(shù)據(jù)來鑒定ORI，其核心原理是什么？A.ORI區(qū)域是復(fù)制叉最早開始合成DNA的位置B.ORI區(qū)域是復(fù)制叉最晚完成合成DNA的位置C.ORI區(qū)域在復(fù)制過程中始終處于活躍狀態(tài)D.ORI區(qū)域與復(fù)制起點蛋白結(jié)合強度最大9.以下哪項技術(shù)通常不直接用于鑒定基因組復(fù)制起點？A.DNA序列比對B.染色質(zhì)構(gòu)象捕獲（Hi-C）C.RNA測序（RNA-Seq）D.基因組DNA復(fù)制時程分析10.在理解ORI生物信息學(xué)方法時，掌握哪種能力最為關(guān)鍵？A.熟練記憶每種軟件的具體操作命令B.理解不同方法背后的生物學(xué)原理和計算邏輯C.能夠快速編寫出運行所有常用分析工具的腳本D.熟悉所有相關(guān)領(lǐng)域最新研究論文的細節(jié)二、填空題（每空1分，共15分）1.在真核生物中，ORI的啟動通常需要___蛋白的識別和招募。2.除了序列特征外，真核生物的ORI區(qū)域還常常富集特定的___結(jié)構(gòu)元件。3.ChIP-seq技術(shù)通過檢測與ORI結(jié)合蛋白（如___）共定位的DNA序列來輔助鑒定ORI。4.DNA復(fù)制時程實驗通過分析___的變化來揭示復(fù)制起始位點。5.Hi-C數(shù)據(jù)能夠揭示染色質(zhì)內(nèi)的___相互作用，ORI區(qū)域常表現(xiàn)為___的拓?fù)涮卣鳌?.基于序列特征的ORI預(yù)測方法通常關(guān)注___含量變化和特定短重復(fù)序列的分布。7.評估ORI預(yù)測結(jié)果時，需要考慮預(yù)測位點的___、結(jié)合蛋白信號的___以及與其他實驗數(shù)據(jù)的___。8.鑒定ORI的生物信息學(xué)方法可以大致分為___分析、___分析和___分析三大類。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述基于序列特征分析鑒定真核生物ORI的基本原理和常用指標(biāo)。2.比較基于ChIP-seq數(shù)據(jù)和基于DNA復(fù)制時程實驗數(shù)據(jù)鑒定ORI的原理、優(yōu)勢和主要區(qū)別。3.解釋Hi-C數(shù)據(jù)分析中如何識別與ORI區(qū)域相關(guān)的染色質(zhì)相互作用模式。4.描述在生物信息學(xué)研究中，如何整合來自不同實驗（如序列、ChIP-seq、Hi-C）的數(shù)據(jù)來提高ORI鑒定的準(zhǔn)確性。四、計算與分析題（共25分）假設(shè)你獲得了一小段細菌基因組序列（以5'到3'方向排列，下劃線表示起始密碼子）：`...ATGCGTATGCCTATAGATATCGTATAGCTAATGCATGCATGCATGCCTAA...`同時，你獲得了該區(qū)域Cdtf1蛋白結(jié)合的ChIP-seq覆蓋度數(shù)據(jù)（簡化表示，0表示無信號，5表示高信號）：```位置：1102030405060708090100覆蓋度：02553101350```（注：位置1對應(yīng)序列的第一個堿基）請基于以上信息：1.（8分）分析該序列的AT含量，并指出可能存在的AT富集區(qū)域。2.（8分）結(jié)合Cdtf1的ChIP-seq覆蓋度數(shù)據(jù)，討論該區(qū)域是否存在潛在的ORI，并說明理由。3.（9分）假設(shè)該區(qū)域還進行了DNA復(fù)制時程實驗，結(jié)果顯示該區(qū)域在時間點T0（復(fù)制開始）即表現(xiàn)出較高的DNA合成信號，請結(jié)合序列、Cdtf1信號和時程數(shù)據(jù)，綜合評價該區(qū)域作為ORI的可能性，并簡述其潛在的生物學(xué)意義。五、論述題（共20分）論述利用生物信息學(xué)方法鑒定ORI所面臨的挑戰(zhàn)，并討論如何通過整合多組學(xué)數(shù)據(jù)或開發(fā)新的計算模型來克服這些挑戰(zhàn)。請結(jié)合具體的生物學(xué)背景或研究實例進行說明。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.B4.C5.D6.C7.B8.A9.C10.B二、填空題1.復(fù)制起點2.二級3.Cdtf14.DNA合成時程5.染色質(zhì)，拓?fù)浣^緣體（或TAD邊界）6.AT7.特異性，強度，一致性8.序列特征，實驗數(shù)據(jù)，計算模擬三、簡答題1.基于序列特征分析鑒定真核生物ORI的原理是利用ORI區(qū)域在序列上存在的共性特征。常用指標(biāo)包括AT含量顯著富集（相對于整個基因組或所在染色體）、存在特定的短串聯(lián)重復(fù)序列（如（AT）n）、具有特定的轉(zhuǎn)錄起始位點（TSS）鄰近性、富集特定的二級結(jié)構(gòu)元件（如AT富集盒）等。通過生物信息學(xué)工具分析目標(biāo)基因組序列的這些特征，可以識別潛在的ORI位點。2.基于ChIP-seq數(shù)據(jù)鑒定ORI的原理是檢測與ORI結(jié)合蛋白（如Cdtf1/Slm1）共定位的DNA序列。優(yōu)勢是直接檢測蛋白質(zhì)-DNA相互作用，靈敏度高，尤其適用于已知結(jié)合蛋白的情況。主要區(qū)別在于數(shù)據(jù)來源和反映的生物學(xué)過程：ChIP-seq反映特定時刻蛋白質(zhì)在DNA上的分布，直接關(guān)聯(lián)調(diào)控；DNA復(fù)制時程實驗反映DNA合成速率，直接關(guān)聯(lián)復(fù)制起始。ChIP-seq可能提供更精確的結(jié)合位點信息，但可能受限于抗體特異性；時程實驗反映動態(tài)過程，但分辨率相對較低。3.在Hi-C數(shù)據(jù)分析中，ORI區(qū)域常表現(xiàn)為形成一個拓?fù)浣^緣體（TAD）的邊界。通過計算和可視化Hi-C矩陣或熱度圖，ORI區(qū)域通常顯示出其內(nèi)部染色質(zhì)相互作用較弱（自身環(huán)化程度低），而與其鄰近區(qū)域的相互作用較強（形成“環(huán)”結(jié)構(gòu)，即與其他區(qū)域相互作用遠強于自身內(nèi)部及與更遠區(qū)域的相互作用）。這種獨特的相互作用模式可以作為識別ORI區(qū)域的重要生物信息學(xué)標(biāo)志。4.整合多組學(xué)數(shù)據(jù)可以顯著提高ORI鑒定的準(zhǔn)確性。方法包括：首先利用序列分析等計算方法產(chǎn)生初步的ORI候選列表；然后利用ChIP-seq數(shù)據(jù)驗證候選區(qū)域是否存在ORI結(jié)合蛋白的富集；結(jié)合Hi-C數(shù)據(jù)確認(rèn)候選區(qū)域是否形成TAD邊界或與其他區(qū)域存在特異性相互作用；參考DNA復(fù)制時程實驗數(shù)據(jù)，看候選區(qū)域是否在復(fù)制起始時即表現(xiàn)出活躍的合成信號。通過多維度信息的交叉驗證，可以排除假陽性，確認(rèn)真正的ORI位點，并獲得更全面的生物學(xué)理解。四、計算與分析題1.該序列總長度為22個堿基，其中AT堿基有14個（A:6,T:8），GC堿基有8個。AT含量為(14/22)*100%≈63.6%。觀察序列，在位置11-18（從5'到3'方向）存在連續(xù)的8個堿基為'TATAGCTA'，其中包含6個T和2個A，形成了一個顯著的AT富集區(qū)域（AT含量約75%）。此外，序列兩端的區(qū)域（如起始位置1附近的'T'和結(jié)尾位置'AA'之間的'TAT'）也存在相對較高的AT含量。因此，該序列存在多個AT富集區(qū)域，特別是中間的8個堿基片段。2.Cdtf1的ChIP-seq覆蓋度數(shù)據(jù)顯示，在位置90-100的區(qū)域覆蓋度最高（5），這通常對應(yīng)于染色質(zhì)上的一個峰。結(jié)合序列分析結(jié)果，該高覆蓋度峰位于上述中間的AT富集區(qū)域（位置11-18）之后。雖然覆蓋度在位置80-90處也有升高（3），但峰值位于90-100。考慮到AT富集區(qū)域通常與ORI相關(guān)，且Cdtf1是ORI區(qū)域的重要結(jié)合蛋白，位置90-100的高覆蓋度峰，特別是其與顯著AT富集區(qū)域的位置關(guān)系，強烈暗示該區(qū)域（或緊鄰其上下游）存在潛在的ORI。理由是該區(qū)域同時具備序列上的AT富集特征和Cdtf1蛋白的富集信號。3.綜合分析：該區(qū)域具有顯著的AT富集特征（特別是位置11-18）；Cdtf1蛋白在該區(qū)域（位置90-100）有高覆蓋度的結(jié)合信號，表明存在相關(guān)的蛋白質(zhì)招募；DNA復(fù)制時程實驗結(jié)果顯示該區(qū)域在復(fù)制起始時間點T0即有較高的DNA合成信號，這是ORI區(qū)域最直接的特征之一，表明復(fù)制叉從這里開始活動。這三項證據(jù)（序列特征、蛋白質(zhì)結(jié)合、復(fù)制起始信號）相互印證，強烈支持該區(qū)域作為一個基因組復(fù)制起點（ORI）的可能性。其潛在的生物學(xué)意義在于，這個ORI控制著基因組中一個重要片段（由AT富集區(qū)域界定）的復(fù)制起始，這對保證該區(qū)域基因的表達和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的維持至關(guān)重要。五、論述題利用生物信息學(xué)方法鑒定ORI面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，真核生物ORI的序列特征并非絕對保守，不同物種、甚至同一物種不同染色體或基因的ORI序列差異很大，使得基于通用序列模式的預(yù)測方法準(zhǔn)確性受限。其次，ORI的鑒定常常依賴于多種信號的綜合判斷，單一數(shù)據(jù)源（如僅序列或僅ChIP-seq）往往不足以提供確鑿證據(jù)，且易受實驗噪音或技術(shù)偏倚影響。例如，Cdtf1結(jié)合可能指示潛在ORI，但并非所有ORI都必然結(jié)合Cdtf1；Hi-C數(shù)據(jù)中的TAD邊界是強有力證據(jù)，但邊界區(qū)域的寬度和強度存在變異性。此外，ORI的功能不僅在于位置，還在于其調(diào)控復(fù)制起始時程和頻率，這需要精確的時程實驗數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)的獲取和解析本身就有挑戰(zhàn)。最后，ORI與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、基因表達調(diào)控等過程的復(fù)雜互作，使得對預(yù)測結(jié)果的生物學(xué)意義進行深入解讀也充滿挑戰(zhàn)。為了克服這些挑戰(zhàn)，整合多組學(xué)數(shù)據(jù)成為關(guān)鍵策略。通過整合序列特征、Cdtf1/Slm1等ORI結(jié)合蛋白的ChIP-seq數(shù)據(jù)、Hi-C數(shù)據(jù)以及DNA復(fù)制時程實驗數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建更全面的ORI候選集，并利用多源信息的交叉驗證來提高預(yù)測的準(zhǔn)確性和可靠性。例如，一個區(qū)域可能序列上AT富集，結(jié)合了Cdtf1，并且位于Hi-C分析預(yù)測的TAD邊界，同時時程數(shù)據(jù)顯示其是復(fù)制早期啟動的區(qū)域，那么這個區(qū)域作為ORI的可信度就非常高。此外，開發(fā)新的計算模型也能有效應(yīng)對挑戰(zhàn)?？梢詷?gòu)建基于機器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)的模型，利用已知的ORI和非-ORI數(shù)據(jù)訓(xùn)練算法，學(xué)習(xí)更復(fù)雜的、可能非線性的特征模