2025年大學(xué)《生物信息學(xué)》專業(yè)題庫——高通量測序技術(shù)在疾病診斷中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種高通量測序技術(shù)最主要的是通過合成測序來讀取模板鏈上的堿基序列？A.Sanger測序法B.Illumina測序技術(shù)C.PacBio測序技術(shù)D.OxfordNanopore測序技術(shù)2.在RNA-Seq數(shù)據(jù)分析中，用于將測序讀長比對到參考基因組并計算基因表達(dá)水平的工具通常是？A.BWAB.GATKC.HISAT2結(jié)合featureCountsD.Samtools3.檢測腫瘤樣本中單個堿基替換和小的插入缺失突變最常用的生物信息學(xué)工具是？A.DELLYB.FreeBayesC.VarScanD.CNVkit4.對于缺乏參考基因組的病原體鑒定，以下哪種高通量測序策略最為合適？A.RNA-SeqB.基因組測序（WGS）C.外顯子組測序（WES）D.脫氧核糖核酸酶I測序（DNase-seq）5.在高通量測序數(shù)據(jù)生成的生物信息學(xué)流程中，通常最先進(jìn)行的步驟是？A.變異檢測B.序列比對C.質(zhì)量控制（QC）D.基因表達(dá)定量6.以下哪項不是高通量測序技術(shù)在疾病診斷中應(yīng)用的主要優(yōu)勢？A.結(jié)果準(zhǔn)確性高B.費(fèi)用相對低廉C.可以檢測多種分子標(biāo)志物D.分析過程相對簡單7.精神分裂癥等復(fù)雜疾病的研究中，全外顯子組測序（WES）相比全基因組測序（WGS）的主要優(yōu)勢在于？A.成本更低B.覆蓋度更廣C.更側(cè)重于編碼區(qū)變異檢測D.能更有效地檢測結(jié)構(gòu)變異8.在設(shè)計HTS方案用于遺傳病診斷時，選擇WGS還是WES主要取決于？A.測序深度要求B.臨床醫(yī)生偏好C.遺傳模式已知與否及目標(biāo)基因范圍D.實驗室設(shè)備條件9.當(dāng)HTS檢測到某個基因的突變時，判斷其是否為致病突變需要考慮的因素不包括？A.突變的類型（如錯義、無義、移碼）B.突變在基因中的位置C.突變在正常人群中的頻率（常見變異）D.突變對蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的影響10.以下哪項是實施基于HTS的基因診斷服務(wù)必須滿足的倫理要求？A.確?；颊咧橥釨.提供無限次數(shù)的檢測免費(fèi)C.保證檢測結(jié)果的100%準(zhǔn)確性D.無需考慮數(shù)據(jù)隱私保護(hù)二、填空題（每空1分，共15分）1.高通量測序技術(shù)產(chǎn)生的原始測序讀長通常需要進(jìn)行__質(zhì)量控制__和__過濾__，以去除低質(zhì)量數(shù)據(jù)和接頭序列。2.對于腫瘤診斷，通過比較腫瘤組織和正常組織DNA的__測序__數(shù)據(jù)，可以識別體細(xì)胞突變。3.RNA-Seq技術(shù)通過測量__轉(zhuǎn)錄本__的數(shù)量變化，可以反映基因表達(dá)水平的調(diào)控。4.在宏基因組測序分析中，通過比對未知序列到__參考基因數(shù)據(jù)庫__，可以鑒定樣品中的微生物種類。5.評估高通量測序變異檢測結(jié)果的可靠性，常用的指標(biāo)包括__靈敏度__和__特異性__。6.HTS技術(shù)在遺傳病診斷中，對于__單基因遺傳病__，可以精確尋找致病基因。7.臨床應(yīng)用中，基于HTS的診斷結(jié)果解讀需要結(jié)合__臨床表型__和__家族史__進(jìn)行分析。8.HTS數(shù)據(jù)的分析流程通常包括__序列比對__、__變異檢測__、__注釋__和結(jié)果解釋等主要步驟。9.基因組測序（__WGS__）能夠?qū)ι矬w的整個基因組進(jìn)行測序，提供最全面的信息。10.隨著技術(shù)發(fā)展，HTS在疾病診斷中的應(yīng)用正朝著__高通量__、__快速化__和__精準(zhǔn)化__方向發(fā)展。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述Illumina測序技術(shù)的基本原理簡述其主要特點。2.簡述RNA-Seq數(shù)據(jù)分析中，從原始FASTQ文件到獲得差異表達(dá)基因的基本流程。3.簡述高通量測序技術(shù)在病原體診斷中的主要優(yōu)勢。4.簡述將HTS分析結(jié)果用于臨床診斷決策時需要考慮的關(guān)鍵因素。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述全基因組測序（WGS）在復(fù)雜疾病遺傳學(xué)研究中的潛力與面臨的挑戰(zhàn)。2.結(jié)合具體疾病實例，論述高通量測序技術(shù)如何改變了傳統(tǒng)疾病的診斷模式。3.論述在推動高通量測序技術(shù)從實驗室研究走向臨床常規(guī)診斷應(yīng)用過程中，需要克服的主要障礙（技術(shù)、倫理、法規(guī)等方面）。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.B5.C6.B7.C8.C9.D10.A二、填空題1.質(zhì)量控制，過濾2.測序3.轉(zhuǎn)錄本4.參考基因數(shù)據(jù)庫5.靈敏度，特異性6.單基因遺傳病7.臨床表型，家族史8.序列比對，變異檢測，注釋9.WGS10.高通量，快速化，精準(zhǔn)化三、簡答題1.簡述Illumina測序技術(shù)的基本原理簡述其主要特點。答案：Illumina測序原理基于半導(dǎo)體測序芯片，通過橋式PCR將單鏈DNA固定并在芯片表面形成簇狀復(fù)制，使用熒光標(biāo)記的脫氧核苷三磷酸（dNTP）進(jìn)行延伸合成。每次核苷酸添加后，通過激光激發(fā)熒光，由圖像采集系統(tǒng)記錄各位置的熒光信號。根據(jù)熒光信號的顏色識別添加的堿基，從而讀取DNA序列。其主要特點包括：測序通量高、讀長相對較短（目前主流約150bp）、測序準(zhǔn)確率高、成本效益逐漸提升。解析思路：問題要求回答原理和特點兩部分。首先需回憶Illumina（或稱二代測序）的核心機(jī)制，即基于芯片的邊合成邊測序（sequencingbysynthesis,SBS），明確其利用熒光標(biāo)記dNTP和成像系統(tǒng)讀取信息。然后，列出該技術(shù)普遍公認(rèn)的主要優(yōu)勢，如通量、準(zhǔn)確度、讀長長度（相對其他技術(shù)而言）和成本（與早期技術(shù)或三代技術(shù)對比）。**關(guān)鍵詞：*橋式PCR，半導(dǎo)體測序芯片，邊合成邊測序（SBS），熒光檢測，通量高，準(zhǔn)確率高，短讀長。2.簡述RNA-Seq數(shù)據(jù)分析中，從原始FASTQ文件到獲得差異表達(dá)基因的基本流程。答案：基本流程如下：首先對原始FASTQ文件進(jìn)行__質(zhì)量控制（QC）__，檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量并進(jìn)行過濾。然后將合格的RNA測序讀長__比對（Alignment）__到參考基因組或轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫。比對后進(jìn)行__序列片段化（Fragmentation）__或__修剪（Trimming）__以去除引物、接頭等非特異性序列。接著計算每個基因或轉(zhuǎn)錄本上的__讀數(shù)計數(shù)（ReadCount）__。最后，使用統(tǒng)計學(xué)方法（如__t檢驗__、__ANOVA__或__DESeq2__、__EdgeR__等軟件包）比較不同條件下基因表達(dá)計數(shù)，識別并統(tǒng)計__差異表達(dá)基因（DEG）__，即表達(dá)水平發(fā)生顯著變化的基因。解析思路：問題要求描述RNA-Seq分析的主要步驟直至得到差異表達(dá)基因。需回憶RNA-Seq標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理流程：QC->比對->（可選的過濾/修剪）->計數(shù)->差異表達(dá)分析。注意每一步的核心操作和目的，以及最終產(chǎn)出結(jié)果（DEG）。雖然未要求具體軟件名稱，但提及常用分析方法或統(tǒng)計模型能體現(xiàn)理解深度。**關(guān)鍵詞：*RNA-Seq，質(zhì)量控制（QC），比對，修剪，計數(shù)，差異表達(dá)基因（DEG），統(tǒng)計分析。3.簡述高通量測序技術(shù)在病原體診斷中的主要優(yōu)勢。答案：高通量測序技術(shù)在病原體診斷中的主要優(yōu)勢包括：__敏感性高_(dá)_，能夠檢測到低豐度的病原體；__特異性強(qiáng)__，能有效區(qū)分不同種屬或變異株；__一次檢測多種病原體__（Multiplexing），尤其適用于混合感染樣本；能夠快速進(jìn)行__基因組測序__，實現(xiàn)病原體鑒定、分型和耐藥基因檢測；為未知病原體鑒定提供了強(qiáng)大的工具。解析思路：問題直接詢問優(yōu)勢。需從HTS技術(shù)的特性出發(fā)，思考其在微生物檢測方面的獨特價值。關(guān)鍵點在于其相比傳統(tǒng)培養(yǎng)或單一檢測方法的優(yōu)越性，突出其在靈敏度、特異性、廣度（多病原體）、速度和覆蓋未知方面的能力。**關(guān)鍵詞：*敏感性，特異性，多種病原體，基因組測序，分型，耐藥性。4.簡述將HTS分析結(jié)果用于臨床診斷決策時需要考慮的關(guān)鍵因素。答案：將HTS分析結(jié)果用于臨床診斷決策時需要考慮的關(guān)鍵因素：__檢測結(jié)果的統(tǒng)計學(xué)和生物學(xué)顯著性__（如變異頻率、功能預(yù)測）；__變異的臨床意義__（是否為已知致病突變、致病性預(yù)測）；__患者的臨床表型和家族史__的匹配度；__檢測方法的性能指標(biāo)__（靈敏度、特異性）；__倫理和法律問題__（知情同意、數(shù)據(jù)隱私）；__結(jié)果的解釋需由專業(yè)醫(yī)師進(jìn)行__，并結(jié)合其他臨床信息綜合判斷；__檢測結(jié)果的可重復(fù)性和驗證__。解析思路：問題要求列出考慮因素。需從臨床應(yīng)用的角度思考，HTS結(jié)果只是數(shù)據(jù)，要轉(zhuǎn)化為診斷依據(jù)需要多重評估。應(yīng)涵蓋結(jié)果本身的質(zhì)量（統(tǒng)計學(xué)、生物學(xué)）、變異的臨床關(guān)聯(lián)性、患者信息匹配度、技術(shù)性能、倫理法律以及最終解讀和決策的綜合性要求。**關(guān)鍵詞：*統(tǒng)計學(xué)顯著性，臨床意義，臨床表型，家族史，方法性能，倫理法律，專業(yè)解讀，可重復(fù)性。四、論述題1.論述全基因組測序（WGS）在復(fù)雜疾病遺傳學(xué)研究中的潛力與面臨的挑戰(zhàn)。答案：全基因組測序（WGS）在復(fù)雜疾病遺傳學(xué)研究中的潛力巨大。首先，WGS能夠無偏倚地檢測個體基因組中__所有__遺傳變異，包括SNP、InDel、CNV乃至結(jié)構(gòu)變異，為復(fù)雜疾病的遺傳基礎(chǔ)研究提供了最全面的數(shù)據(jù)。其次，有助于識別與疾病相關(guān)的__罕見變異__或__功能未知的變異__，這些往往是復(fù)雜疾病的重要致病因素。再次，WGS數(shù)據(jù)可用于繪制疾病的__遺傳圖譜__，揭示疾病相關(guān)的基因群和通路。最后，有助于發(fā)現(xiàn)__新的疾病相關(guān)基因__和通路，推動疾病生物學(xué)機(jī)制的理解。然而，WGS研究也面臨諸多挑戰(zhàn)。主要包括：__海量數(shù)據(jù)產(chǎn)生和高昂成本__；__生物信息學(xué)分析復(fù)雜且計算量大__，需要強(qiáng)大的計算資源和專業(yè)的分析能力；__大量常見變異的解讀困難__，其與疾病風(fēng)險的關(guān)聯(lián)性難以評估；__變異的功能注釋和致病性預(yù)測準(zhǔn)確性有限__；__需要大規(guī)模樣本隊列進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析__才能發(fā)現(xiàn)具有統(tǒng)計學(xué)意義的關(guān)聯(lián)；__數(shù)據(jù)解讀涉及復(fù)雜的生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)和表型整合__；以及__倫理、隱私和社會問題__。盡管存在挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)進(jìn)步和成本下降，WGS已成為復(fù)雜疾病研究的重要工具。解析思路：論述題需全面展開。首先明確WGS的核心優(yōu)勢（全面性、檢測罕見變異能力、繪制圖譜、發(fā)現(xiàn)新基因等）。然后，分點詳細(xì)闡述研究面臨的挑戰(zhàn)（數(shù)據(jù)量、成本、分析難度、常見變異解讀、功能預(yù)測、樣本需求、生物學(xué)整合、倫理等）。最后可進(jìn)行總結(jié)，指出其潛力與挑戰(zhàn)并存但仍是重要方向。**關(guān)鍵詞：*全基因組測序（WGS），遺傳變異，罕見變異，功能未知變異，遺傳圖譜，成本，生物信息學(xué)，常見變異，功能注釋，大規(guī)模樣本，倫理。2.結(jié)合具體疾病實例，論述高通量測序技術(shù)如何改變了傳統(tǒng)疾病的診斷模式。答案：高通量測序技術(shù)（HTS）正深刻改變著傳統(tǒng)疾病的診斷模式。以__遺傳性乳腺癌和卵巢癌__為例，傳統(tǒng)診斷主要依據(jù)家族史和臨床檢查，基因檢測通常針對少數(shù)已知高風(fēng)險基因（如BRCA1/2）。而基于外顯子組測序（WES）或全基因組測序（WGS）的panel測序或whole-genome測序，能夠一次性檢測數(shù)百甚至數(shù)千個與癌癥風(fēng)險相關(guān)的基因，大大提高了發(fā)現(xiàn)致病突變的可能性，使得更多攜帶遺傳風(fēng)險的女性能夠被識別并進(jìn)行更精準(zhǔn)的預(yù)防、篩查和個體化治療。在__感染性疾病診斷__領(lǐng)域，傳統(tǒng)方法如培養(yǎng)耗時、敏感性低且難以鑒定未知病原體。HTS技術(shù)（如宏基因組測序）可以在數(shù)天內(nèi)直接對樣本進(jìn)行測序，快速鑒定出引起感染的具體微生物（包括病毒、細(xì)菌、真菌等），甚至能進(jìn)行菌株分型和耐藥基因檢測，顯著縮短了診斷時間，提高了重癥感染患者的救治成功率，尤其在應(yīng)對新發(fā)突發(fā)傳染病時展現(xiàn)出巨大價值。此外，在__腫瘤診斷__中，基于NGS的腫瘤基因檢測panel已成為許多癌癥（如肺癌、結(jié)直腸癌）的常規(guī)診斷和指導(dǎo)治療的重要依據(jù)，通過檢測腫瘤特有的突變（如EGFR,ALK,BRAF等），可以實現(xiàn)靶向藥物的選擇，實現(xiàn)真正的個體化精準(zhǔn)診斷和治療。這些實例表明，HTS技術(shù)通過提高診斷的__廣度（多種病原體/基因）、深度（檢測罕見變異）和速度__，正在推動疾病診斷從經(jīng)驗驅(qū)動向數(shù)據(jù)驅(qū)動、從宏觀表型向微觀分子層面轉(zhuǎn)變。解析思路：論述題需結(jié)合實例和原理。選擇1-2個典型疾病領(lǐng)域（如遺傳病、感染病、腫瘤），詳細(xì)描述傳統(tǒng)診斷方法的局限性。然后，具體說明HTS技術(shù)如何通過其特點（如高通量、測序范圍廣、速度快）克服這些局限，帶來診斷上的變革（如更早發(fā)現(xiàn)風(fēng)險、快速鑒定病原、指導(dǎo)精準(zhǔn)治療）。需要清晰地闡述“如何改變”以及“改變的意義”。**關(guān)鍵詞：*高通量測序（HTS），遺傳性乳腺癌卵巢癌，外顯子組測序（WES），全基因組測序（WGS），感染性疾病，宏基因組測序，腫瘤診斷，精準(zhǔn)診斷，個體化治療。3.論述在推動高通量測序技術(shù)從實驗室研究走向臨床常規(guī)診斷應(yīng)用過程中，需要克服的主要障礙（技術(shù)、倫理、法規(guī)等方面）。答案：推動高通量測序（HTS）技術(shù)從實驗室研究走向臨床常規(guī)診斷應(yīng)用，需要克服多方面的障礙。技術(shù)層面，主要挑戰(zhàn)包括：__分析流程的標(biāo)準(zhǔn)化和優(yōu)化__，確保不同實驗室結(jié)果的可比性；__變異檢測和注釋工具的準(zhǔn)確性和可靠性__，特別是對于功能未知變異和復(fù)雜變異（如結(jié)構(gòu)變異）的精確解讀；__臨床驗證的充分性__，需要大規(guī)模前瞻性研究來驗證檢測的有效性和臨床價值；__數(shù)據(jù)存儲、管理和傳輸?shù)奶魬?zhàn)__，海量測序數(shù)據(jù)需要高效的存儲和計算平