2025年大學《生物信息學》專業(yè)題庫——DNA甲基化對神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的影響考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪項不是DNA甲基化的主要功能？A.基因表達調(diào)控B.染色體結(jié)構(gòu)維持C.DNA復制保真度維持D.等位基因沉默2.在DNA甲基化測序技術(shù)中，MeDIP-seq主要捕獲的是：A.所有甲基化的胞嘧啶B.特定序列（如CG富集區(qū)）的甲基化胞嘧啶C.所有未甲基化的胞嘧啶D.亞硫酸氫鹽修飾的胞嘧啶3.以下哪個工具通常用于評估測序深度對甲基化分析的影響？A.MACS2B.SeQCC.BismarkD.samtools4.在比較不同神經(jīng)系統(tǒng)亞群（如神經(jīng)元vs.神經(jīng)膠質(zhì)細胞）的甲基化水平時，最常用的統(tǒng)計方法關(guān)注的是：A.甲基化位點的總數(shù)B.平均甲基化率C.差異甲基化位點的比例或數(shù)量D.甲基化酶的豐度5.DNA甲基化水平顯著降低通?？赡軐е拢篈.基因表達增強B.基因表達沉默C.染色質(zhì)結(jié)構(gòu)松弛D.以上都是6.以下哪項技術(shù)能夠提供基因組范圍內(nèi)所有胞嘧啶的甲基化狀態(tài)信息？A.KEGGpathwayanalysisB.Bisulfitesequencing(BS-seq)C.GeneOntology(GO)enrichmentanalysisD.MethylatedDNAimmunoprecipitation(MeDIP)7.在分析神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中DNA甲基化的動態(tài)變化時，關(guān)鍵的數(shù)據(jù)整合策略可能包括：A.僅比較不同發(fā)育階段的甲基化差異B.僅分析特定基因的甲基化模式C.整合甲基化數(shù)據(jù)與基因表達數(shù)據(jù)D.忽略不同實驗條件帶來的差異8.用于對高通量測序數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制和過濾的常用工具是：A.bedtoolsB.FastQCC.CufflinksD.DESeq29.在生物信息學研究中，將甲基化數(shù)據(jù)映射到基因組上的關(guān)鍵步驟通常依賴于：A.轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點數(shù)據(jù)B.基因表達定量數(shù)據(jù)C.參考基因組序列D.蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫10.DNA甲基化重編程在以下哪個生物學過程中扮演重要角色？A.細胞分化B.胚胎發(fā)育C.神經(jīng)可塑性D.以上都是二、填空題（每空1分，共15分）1.DNA甲基化的主要化學修飾是在DNA鏈的__________位點上添加一個甲基基團。2.亞硫酸氫鹽測序（BS-seq）通過檢測胞嘧啶被__________修飾后轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜞奏さ奈稽c來識別甲基化胞嘧啶。3.差異甲基化分析中，通常會設定一個統(tǒng)計學閾值（如p-value和/或|FoldChange|）來識別具有顯著差異的甲基化位點。4.生物信息學分析流程通常包括數(shù)據(jù)獲取、__________、分析、解釋和可視化等主要步驟。5.GO富集分析有助于我們理解差異甲基化位點所涉及的__________或通路。6.除了DNA甲基化，組蛋白修飾也是重要的表觀遺傳調(diào)控方式，它們通常與DNA甲基化協(xié)同作用。7.在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中，特定基因啟動子區(qū)域的__________甲基化往往與基因沉默相關(guān)。8.神經(jīng)干細胞向神經(jīng)元分化的過程中，其DNA甲基化模式會發(fā)生__________。9.生物信息學數(shù)據(jù)庫如UCSCGenomeBrowser為甲基化數(shù)據(jù)的__________提供了便利。10.分析DNA甲基化數(shù)據(jù)時，需要考慮多種因素的影響，如測序深度、__________等。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述DNA甲基化如何影響基因表達。2.比較BS-seq和MeDIP-seq兩種DNA甲基化測序技術(shù)的原理和主要區(qū)別。3.描述在進行差異甲基化分析時，需要考慮的主要步驟和關(guān)鍵參數(shù)。4.為什么在進行DNA甲基化分析時，通常需要將甲基化數(shù)據(jù)與基因表達數(shù)據(jù)結(jié)合起來？四、論述題（每題12分，共24分）1.詳細闡述利用生物信息學方法研究特定神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因（例如，已知在發(fā)育中起重要作用的某個基因）的DNA甲基化模式的基本流程，包括可能使用的關(guān)鍵工具和技術(shù)。2.討論環(huán)境因素（如飲食、壓力）可能通過影響DNA甲基化模式來干擾神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的潛在機制，并說明生物信息學在研究這些機制時可以發(fā)揮的作用。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.C5.D6.B7.C8.B9.C10.D二、填空題1.C52.亞硫酸氫鹽3.差異4.質(zhì)量控制與預處理5.功能6.協(xié)同7.C58.重塑/變化9.查詢與可視化10.樣本批次效應/實驗條件三、簡答題1.解析思路：首先回答DNA甲基化的基本位置（啟動子等）。然后說明甲基化后，啟動子區(qū)域的結(jié)合蛋白（如轉(zhuǎn)錄因子）無法結(jié)合，或染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變緊密（壓縮），阻礙RNA聚合酶II進入轉(zhuǎn)錄起始位點，從而抑制基因轉(zhuǎn)錄，最終導致基因表達沉默或降低。2.解析思路：BS-seq原理是利用亞硫酸氫鹽將未甲基化的C轉(zhuǎn)變?yōu)閁，然后測序，通過比對發(fā)現(xiàn)未轉(zhuǎn)換的C即為甲基化C。它是全基因組范圍的。MeDIP-seq原理是利用特異性抗體（MBD）富集甲基化DNA片段，然后進行測序。它是靶向性的（通常富集CG島），靈敏度可能更高但覆蓋范圍有限。核心區(qū)別在于是否全基因組、是否靶向以及檢測原理。3.解析思路：步驟包括：①數(shù)據(jù)預處理（質(zhì)量控制、過濾、比對）；②甲基化位點點識別與定量；③數(shù)據(jù)標準化（如考慮測序深度和批次效應）；④計算兩組間的甲基化差異（如使用MACS2等工具）；⑤設定統(tǒng)計閾值篩選顯著差異位點（結(jié)合p值和FoldChange）；⑥結(jié)果注釋與可視化。關(guān)鍵參數(shù)包括p值、FoldChange、Benjamini-Hochberg校正后的p值（FDR）、甲基化率閾值等。4.解析思路：理由在于：①甲基化主要發(fā)生在基因啟動子區(qū)域，影響轉(zhuǎn)錄起始；②基因表達水平是甲基化影響的最直接后果之一；③結(jié)合分析可以判斷甲基化變化是否伴隨著表達變化，有助于推斷甲基化的功能（如沉默基因）；④某些情況下，表達變化可能先于或獨立于甲基化變化，結(jié)合分析可以提供更全面的視角。四、論述題1.解析思路：1.數(shù)據(jù)獲?。韩@取目標物種（如小鼠、人類）的參考基因組序列。獲取研究樣本（如不同發(fā)育階段的神經(jīng)元或相關(guān)區(qū)域）的DNA測序數(shù)據(jù)（通常是BS-seq數(shù)據(jù)）。2.數(shù)據(jù)預處理與質(zhì)量控制：使用工具（如FastQC）評估原始測序數(shù)據(jù)質(zhì)量。使用工具（如Trimmomatic或Cutadapt）進行頭尾質(zhì)量過濾、去除N堿基和接頭序列。將過濾后的讀長比對到參考基因組上（使用Bismark或bowtie2等）。3.甲基化位點點識別與定量：使用Bismark等工具根據(jù)比對結(jié)果和參考基因組注釋信息，識別每個胞嘧啶的甲基化狀態(tài)（甲基化或非甲基化），并計算每個位點的甲基化率。4.數(shù)據(jù)標準化：由于不同樣本的測序深度不同，需要進行標準化處理?？梢允褂胹eQC工具計算庫校正因子，或通過歸一化方法（如TMM）調(diào)整甲基化率，以消除測序深度差異的影響。5.差異甲基化分析：比較不同發(fā)育階段或組間的甲基化數(shù)據(jù)。使用差異甲基化分析工具（如MACS2）計算兩組間的差異甲基化位點（DMPs）和差異甲基化區(qū)域（DMRs），并設置統(tǒng)計閾值（如p-value<10^-5,|FoldChange|>0.2）篩選顯著結(jié)果。6.結(jié)果注釋與可視化：使用工具（如bedtools）將差異甲基化位點/區(qū)域映射到基因組注釋文件（如基因組注釋本GTF/GFF文件），識別這些位點所在的基因（如啟動子、基因體、3'UTR）。使用R語言（如pheatmap,ggplot2）或生物信息學軟件（如IGV）對差異甲基化位點或區(qū)域進行可視化，如繪制熱圖、在基因模型上展示甲基化變化。7.功能分析（可選）：對顯著差異甲基化位點所在的基因進行GO富集分析或KEGG通路富集分析（使用工具如ClusterProfiler,KOBAS），以了解這些基因主要參與的生物學過程和通路，從而推測甲基化變化可能影響的功能。2.解析思路：1.環(huán)境因素影響甲基化的機制：環(huán)境因素（如飲食營養(yǎng)素、污染物、應激信號）可以通過多種途徑影響DNA甲基化。例如，某些營養(yǎng)素（如葉酸、B12、膽堿）是甲基供體，其缺乏可能導致DNA甲基化模式紊亂。應激可能導致表觀遺傳重塑，包括DNA甲基化水平的改變。這些影響可能發(fā)生在整個基因組，也可能集中在特定基因的調(diào)控區(qū)域。2.影響神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育：DNA甲基化模式的改變，特別是在神經(jīng)干/祖細胞自我更新、分化潛能維持、神經(jīng)元遷移、突觸可塑性、神經(jīng)元存活和功能整合等關(guān)鍵過程中，可能干擾正常的程序。例如，特定基因（如與神經(jīng)元存活、軸突引導、突觸形成相關(guān)的基因）的甲基化異?？赡軐е掳l(fā)育遲緩、神經(jīng)元死亡、神經(jīng)元網(wǎng)絡連接異常，進而引發(fā)神經(jīng)功能缺陷或神經(jīng)精神疾病。3.生物信息學的作用：生物信息學在研究環(huán)境因素對DNA甲基化的影響及其在神經(jīng)發(fā)育中的作用方面至關(guān)重要。①數(shù)據(jù)生成與分析：開發(fā)和應用高通量測序技術(shù)（如BS-seq）來測量環(huán)境暴露前后或不同環(huán)境條件下的DNA甲基化譜。利用生物信息學工具進行數(shù)據(jù)預處理、差異甲基化分析、甲基化水平與基因表達關(guān)聯(lián)分析。②模式識別與預測：通過機器學習或統(tǒng)計模型，分析大規(guī)模甲基化數(shù)據(jù)，識別環(huán)境因