2025年大學(xué)《化學(xué)生物學(xué)》專業(yè)題庫——基因組學(xué)與轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪一項(xiàng)不屬于真核生物基因組的主要組成部分？A.編碼蛋白質(zhì)的基因B.編碼功能尚不明確的RNA的基因C.重復(fù)序列D.基因組DNA上編碼tRNA的部分2.Sanger測(cè)序技術(shù)的基本原理是？A.基于DNA聚合酶在引物引導(dǎo)下延伸DNA鏈，并通過不同dNTPs（除dGTP外）的摻入終止延伸，產(chǎn)生一系列不同長(zhǎng)度的片段進(jìn)行電泳分離B.基于DNA聚合酶在引物引導(dǎo)下延伸RNA鏈，并通過不同dNTPs的摻入終止延伸C.基于DNA復(fù)制過程中okazaki片段的合成D.基于核酸鏈的酶促降解，根據(jù)降解產(chǎn)物推斷原始序列3.高通量測(cè)序（NGS）技術(shù)相較于Sanger測(cè)序，其主要優(yōu)勢(shì)不包括？A.單次測(cè)序通量更高B.可獲得更長(zhǎng)的讀長(zhǎng)C.成本效益更高D.數(shù)據(jù)分析過程更為簡(jiǎn)單4.在構(gòu)建RNA-Seq文庫時(shí)，去除rRNA的主要目的是？A.提高mRNA的相對(duì)豐度，使差異表達(dá)分析更準(zhǔn)確B.減少測(cè)序數(shù)據(jù)量，降低測(cè)序成本C.防止rRNA降解樣品中的其他RNA分子D.確保所有類型的RNA都能被有效測(cè)序5.基因組注釋的主要目的是？A.確定基因組的物理位置B.預(yù)測(cè)基因組中所有序列元件（基因、重復(fù)序列、調(diào)控元件等）的分布和功能C.測(cè)序基因組DNA的序列D.比較不同物種基因組的相似性6.RNA-Seq數(shù)據(jù)分析中，計(jì)算基因表達(dá)量常用的單位不包括？A.FPKM(FragmentsPerKilobaseoftranscriptperMillionfragmentsmapped)B.RPKM(ReadsPerKilobaseoftranscriptperMillionmappedreads)C.TPM(TranscriptsPerMillion)D.GC含量7.ChIP-seq技術(shù)主要用于研究？A.基因組的整體結(jié)構(gòu)變異B.轉(zhuǎn)錄組中不同RNA分子的豐度變化C.DNA與蛋白質(zhì)（如組蛋白、轉(zhuǎn)錄因子）的結(jié)合位點(diǎn)及其調(diào)控功能D.mRNA的剪接方式8.下列哪項(xiàng)技術(shù)能夠提供基因組DNA序列的精確物理圖譜？A.RNA-SeqB.基因組宏測(cè)序C.基因組光學(xué)圖譜（如Hi-C）D.變異檢測(cè)（如SNP檢測(cè)）9.在化學(xué)生物學(xué)研究中，基因組學(xué)數(shù)據(jù)可用于？A.直接篩選潛在的藥物靶點(diǎn)基因B.測(cè)定小分子化合物對(duì)特定基因表達(dá)的影響C.鑒定與疾病相關(guān)的基因變異D.分析細(xì)胞在特定藥物處理下的整體轉(zhuǎn)錄水平變化10.基因組重測(cè)序（Re-sequencing）的主要目的是？A.首次測(cè)定某個(gè)物種或個(gè)體的基因組序列B.對(duì)已知的參考基因組進(jìn)行深度測(cè)序，以發(fā)現(xiàn)新的變異C.構(gòu)建基因組的物理圖譜D.測(cè)序特定基因的表達(dá)水平二、填空題（每空1分，共15分）1.測(cè)序過程中，為了區(qū)分不同的反應(yīng)體系，通常會(huì)在dNTPs的3'端添加一個(gè)__________。2.RNA-Seq數(shù)據(jù)中，F(xiàn)PKM或TPM等表達(dá)量單位考慮了__________和__________兩個(gè)因素，以消除基因長(zhǎng)度和測(cè)序深度的影響。3.基因組測(cè)序的產(chǎn)物是大量的短片段序列，稱為__________，需要通過__________過程將其拼接成完整的基因組草圖。4.ChIP-seq實(shí)驗(yàn)中，用特異性抗體富集的是與DNA結(jié)合的__________及其結(jié)合的DNA片段。5.基因組中，除了編碼蛋白質(zhì)和RNA的基因外，還存在大量的__________，它們?cè)诨蚪M結(jié)構(gòu)和功能中扮演著重要角色。6.評(píng)估RNA-Seq數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要步驟包括__________、去除polyA尾巴（僅針對(duì)mRNA樣本）以及去除__________。7.下一代測(cè)序技術(shù)（NGS）的主要特點(diǎn)包括高通量、并行測(cè)序和較短的讀取長(zhǎng)度（相對(duì)于早期的一些NGS平臺(tái)）。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述Sanger測(cè)序和二代測(cè)序（NGS）在基本原理上的主要區(qū)別。2.簡(jiǎn)述RNA-Seq實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇對(duì)照組的重要性。3.簡(jiǎn)述基因組注釋主要包括哪些內(nèi)容。4.簡(jiǎn)述ChIP-seq技術(shù)的基本流程及其在化學(xué)生物學(xué)研究中的一個(gè)潛在應(yīng)用。四、論述題（每題10分，共30分）1.試述高通量測(cè)序（NGS）技術(shù)在化學(xué)生物學(xué)研究中探索藥物靶點(diǎn)或理解疾病發(fā)生機(jī)制方面的主要應(yīng)用途徑，并分析其優(yōu)勢(shì)和局限性。2.詳細(xì)描述一個(gè)利用RNA-Seq技術(shù)研究特定小分子化合物對(duì)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組影響的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，包括實(shí)驗(yàn)分組、關(guān)鍵步驟、預(yù)期數(shù)據(jù)和需要關(guān)注的分析點(diǎn)。3.比較基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究的異同點(diǎn)，并討論在化學(xué)生物學(xué)項(xiàng)目中，為何常常需要同時(shí)進(jìn)行這兩種組學(xué)分析。---試卷答案一、選擇題1.D2.A3.B4.A5.B6.D7.C8.C9.C10.B二、填空題1.熒光染料2.基因長(zhǎng)度，測(cè)序深度3.測(cè)序讀段（SequenceReads/Reads），基因組組裝（GenomeAssembly）4.蛋白質(zhì)（Protein）5.重復(fù)序列（RepetitiveSequences）6.質(zhì)量控制（QualityControl），rRNA（核糖體RNA）7.高通量，并行測(cè)序三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：Sanger測(cè)序基于DNA聚合酶延伸引物時(shí)，加入的dNTP隨機(jī)終止，產(chǎn)生一系列不同長(zhǎng)度的、且3'端帶有熒光標(biāo)記的片段，通過毛細(xì)管電泳按長(zhǎng)度分離，根據(jù)熒光信號(hào)檢測(cè)終止堿基，從而讀取序列。它是順序讀取，每次讀長(zhǎng)較長(zhǎng)（幾百bp）。NGS是同時(shí)進(jìn)行大量測(cè)序反應(yīng)（并行），將DNA片段打斷成短讀長(zhǎng)（幾十到幾百bp），通過合成反應(yīng)產(chǎn)生帶有熒光標(biāo)記的片段，經(jīng)過特定流程（如BridgeAmplification）形成簇，然后在一個(gè)測(cè)序單元上同時(shí)進(jìn)行序列合成，合成終止后通過成像設(shè)備讀取每個(gè)簇中單個(gè)堿基的熒光信號(hào)，從而獲取大量短讀長(zhǎng)序列。核心區(qū)別在于測(cè)序方式是順序還是并行，讀長(zhǎng)是長(zhǎng)還是短。2.解析思路：RNA-Seq實(shí)驗(yàn)的目的是比較不同條件下（如處理藥物前后、不同疾病狀態(tài)）細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組差異。如果缺乏合適的對(duì)照組（如未經(jīng)處理的正常細(xì)胞、陰性對(duì)照組），就無法區(qū)分觀察到的轉(zhuǎn)錄組變化是由實(shí)驗(yàn)處理本身引起的，還是由實(shí)驗(yàn)操作、樣品采集等過程中的變異引起的。對(duì)照組提供了基準(zhǔn)線，是判斷基因表達(dá)差異真實(shí)性的必要前提。3.解析思路：基因組注釋是將測(cè)序獲得的基因組DNA序列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為具有生物學(xué)功能含義的過程。主要包括：①基因預(yù)測(cè)：識(shí)別基因組中編碼蛋白質(zhì)或功能RNA（如mRNA,tRNA,rRNA,snRNA,snoRNA等）的區(qū)域。②重復(fù)序列鑒定與注釋：識(shí)別并注釋基因組中的重復(fù)序列元件。③基因組特征注釋：為基因組中的其他特征（如假基因、調(diào)控元件、CpG島等）賦予功能注釋。④功能注釋：將基因或基因組區(qū)域與已知的蛋白質(zhì)功能、通路等信息關(guān)聯(lián)起來（通常通過比對(duì)已知數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)）。最終目標(biāo)是生成一個(gè)基因注釋文件（如GFF格式），描述基因組中已知或預(yù)測(cè)的所有功能元件及其特征。4.解析思路：ChIP-seq（ChromatinImmunoprecipitationsequencing）流程：①交叉鏈接：在細(xì)胞或組織中用甲醛固定DNA與蛋白質(zhì)的相互作用。②細(xì)胞裂解：裂解細(xì)胞，分離染色質(zhì)。③免疫沉淀：使用特異性抗體富集與目標(biāo)蛋白質(zhì)（如轉(zhuǎn)錄因子、組蛋白修飾）結(jié)合的DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物。④DNA純化：洗脫抗體，純化被富集的DNA片段。⑤末端修復(fù)和加A尾：將片段末端修復(fù)，添加一個(gè)突出的A堿基。⑥適配體連接：連接測(cè)序適配體。⑦文庫擴(kuò)增：通過PCR擴(kuò)增連接了適配體的DNA文庫。⑧高通量測(cè)序：對(duì)文庫進(jìn)行NGS測(cè)序。⑨數(shù)據(jù)分析：將測(cè)序讀段比對(duì)到參考基因組，去除非特異性結(jié)合的背景讀段，鑒定富集區(qū)域（結(jié)合位點(diǎn)）。潛在應(yīng)用：在化學(xué)生物學(xué)中，可以利用ChIP-seq研究特定小分子化合物（如藥物、毒素）是否影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，例如分析該化合物是否通過改變組蛋白修飾（如H3K4me3,H3K27ac）來調(diào)控基因表達(dá)，從而揭示其作用機(jī)制。四、論述題1.解析思路：NGS在化學(xué)生物學(xué)中的主要應(yīng)用途徑：①藥物靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)：通過全基因組測(cè)序或重測(cè)序，發(fā)現(xiàn)與疾病相關(guān)的基因變異；通過轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，識(shí)別在疾病狀態(tài)下差異表達(dá)的基因，這些基因可能成為潛在靶點(diǎn)；通過基因組注釋，發(fā)現(xiàn)新的非編碼RNA靶點(diǎn)。②疾病機(jī)制研究：比較健康與疾病組織的轉(zhuǎn)錄組差異，揭示疾病發(fā)生的分子基礎(chǔ)；研究藥物或外界刺激對(duì)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的影響，解析其作用機(jī)制；通過ChIP-seq等技術(shù)研究藥物如何調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)。應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：①通量高，可全面分析基因組或轉(zhuǎn)錄組；②深度大，可檢測(cè)低豐度轉(zhuǎn)錄本或稀有突變；③成本相對(duì)下降，使得大規(guī)模研究成為可能。局限性：①數(shù)據(jù)量巨大，對(duì)生物信息學(xué)分析能力要求高；②NGS讀長(zhǎng)短，可能存在基因組組裝不完整或轉(zhuǎn)錄本拼接不精確的問題；③數(shù)據(jù)解讀復(fù)雜，尤其是在關(guān)聯(lián)變異與功能方面；④部分技術(shù)（如某些NGS平臺(tái)）可能存在偏倚（如偏好性測(cè)序）；⑤實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理流程繁瑣。2.解析思路：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：①明確研究目的：確定要研究的小分子化合物名稱、濃度，以及要比較的細(xì)胞狀態(tài)（如藥物處理組vs.對(duì)照組）。②選擇合適的細(xì)胞模型和對(duì)照組：選擇對(duì)研究問題敏感的細(xì)胞系或模型生物，設(shè)置至少一個(gè)陰性對(duì)照組（未加藥或溶劑對(duì)照組）。③實(shí)驗(yàn)分組：設(shè)立多個(gè)實(shí)驗(yàn)組，如不同濃度梯度（包括IC50附近濃度）、不同處理時(shí)間點(diǎn)。④樣本采集：在設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)收集細(xì)胞，確保樣品新鮮。⑤RNA提?。翰捎酶咝У腞NA提取方法，保證RNA質(zhì)量（如使用TRIzol或RNeasy試劑盒，進(jìn)行質(zhì)檢如瓊脂糖凝膠電泳、測(cè)OD260/280/230、檢測(cè)RIN值）。⑥RNA-Seq文庫構(gòu)建：選擇合適的試劑盒或服務(wù)，進(jìn)行RNA片段化、反轉(zhuǎn)錄、加索引、文庫擴(kuò)增。⑦高通量測(cè)序：選擇合適的NGS平臺(tái)（如IlluminaHiSeq）進(jìn)行測(cè)序。⑧數(shù)據(jù)分析：進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)控、比對(duì)、表達(dá)量計(jì)算（如FPKM/TPM）、差異表達(dá)分析（如DESeq2/edgeR）、基因功能富集分析（如GO/KEGG）、可視化（如熱圖）。預(yù)期數(shù)據(jù)：獲得藥物處理組和對(duì)照組的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序讀段數(shù)據(jù)，以及相應(yīng)的基因表達(dá)矩陣。需要關(guān)注的分析點(diǎn)：藥物濃度-效應(yīng)關(guān)系、關(guān)鍵差異表達(dá)基因的功能注釋、信號(hào)通路變化、時(shí)間動(dòng)態(tài)變化、批次效應(yīng)的評(píng)估。3.解析思路：比較基因組學(xué)與轉(zhuǎn)錄組學(xué)：相同點(diǎn)：①都是系統(tǒng)研究生物體遺傳物質(zhì)或表達(dá)信息的技術(shù)。②都致力于揭示生物體的基本特征和功能。③都為理解生命活動(dòng)、疾病發(fā)生、藥物作用等提供重要信息。不同點(diǎn)：①研究對(duì)象不同：基因組學(xué)研究整個(gè)基因組（DNA序列），轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究全部轉(zhuǎn)錄本（RNA）。②信息層次不同：基因組學(xué)提供更底層的靜態(tài)遺傳信息，轉(zhuǎn)錄組學(xué)反映細(xì)胞在特定時(shí)空條件下的動(dòng)態(tài)表達(dá)信息。③規(guī)模和動(dòng)態(tài)性不同：基因組相對(duì)穩(wěn)定，轉(zhuǎn)錄組隨環(huán)境、發(fā)育階段、信號(hào)通路激活等快速變化。④技術(shù)要求不同：基因組測(cè)序需要處理超大文件和復(fù)雜結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄組測(cè)序需要考慮RNA的降解、多種RNA類型、數(shù)