2025年大學《生物信息學》專業(yè)題庫——生物信息學在DNA損傷修復機制研究中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項字母填入括號內(nèi)）1.DNA損傷修復（DDR）通路中，負責切除紫外線誘導的胸腺嘧啶二聚體的主要修復途徑是？A.剪接修復（SRM）B.錯配修復（MMR）C.核酸切除修復（NER）D.同源重組修復（HDR）2.在生物信息學分析中，用于將未知序列與已知數(shù)據(jù)庫中的序列進行比對，以查找相似性區(qū)域的常用工具是？A.SamtoolsB.GATKC.BLASTD.Bowtie23.RNA-Seq技術通過測序分析什么分子的表達水平？A.蛋白質B.mRNAC.tRNAD.rRNA4.在分析腫瘤樣本的DNA測序數(shù)據(jù)時，檢測到的雜合性丟失（LOH）通常與哪種DDR通路缺陷相關？A.BERB.NERC.MMRD.HDR5.以下哪個數(shù)據(jù)庫是存儲基因組序列、基因注釋和變異信息的主要公共資源？A.PDBB.UniProtC.NCBID.GO6.基于比較基因組測序（WGS）差異，識別基因組中發(fā)生結構變異（如缺失、重復、易位）的關鍵生物信息學工具可能包括？A.SamtoolsB.GATKC.DELLY或LumpyD.SnpEff7.GO（GeneOntology）數(shù)據(jù)庫主要用于對什么進行注釋和分類？A.基因組序列B.蛋白質功能、生物學過程和細胞定位C.DNA序列變異D.RNA表達水平8.當研究輻射誘導的DNA雙鏈斷裂（DSB）后細胞的修復效率時，除了檢測點突變外，還可能關注哪種生物信息學指標？A.基因表達譜變化B.特定DDR基因的mRNA豐度C.細胞周期時相分布D.以上都是9.KEGG（KyotoEncyclopediaofGenesandGenomes）數(shù)據(jù)庫提供了哪些信息？A.蛋白質序列和結構B.通路圖和分子相互作用網(wǎng)絡C.基因組序列注釋D.基因表達定量數(shù)據(jù)10.將來自不同實驗（如測序、蛋白質組學）的數(shù)據(jù)整合起來進行分析，以獲得更全面的生物學理解，這種方法屬于？A.單組學分析B.多組學分析C.功能注釋D.通路富集分析二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填入橫線處）1.DNA損傷修復通路中的_______（名詞）負責識別和切除由化學物質引起的DNA加合物。2.在進行RNA-Seq數(shù)據(jù)分析時，通常需要先對原始測序讀長進行_______（名詞）和_______（名詞）步驟，以獲得可用于比對的干凈序列。3.檢測DNA序列中的插入（Indel）和缺失（Deletion）突變，除了可以使用Sanger測序法外，還可以利用二代測序（NGS）數(shù)據(jù)，并結合_______（工具類型，如軟件類別）進行分析。4.通過分析基因集在某個生物學過程中富集的程度，可以推斷該過程的_______（名詞）。5.DDR通路中的_______（名詞）蛋白（如ATM,ATR）能夠感知DNA損傷并啟動下游信號轉導，招募修復蛋白至損傷位點。6.在生物信息學研究中，為了驗證分析結果的可靠性，常需要進行_______（名詞）分析或與其他獨立數(shù)據(jù)集進行比較。7.基因組測序（WGS）數(shù)據(jù)不僅可以用于檢測點突變，還可以通過_______（分析類型，如分析類別）來識別更大規(guī)模的基因組結構變異。8.利用生物信息學方法分析DDR相關蛋白質的互作網(wǎng)絡，有助于理解_______（生物學過程）。9.功能注釋工具如GOseq或DAVID可以將顯著富集的基因列表與_______（數(shù)據(jù)庫類型）中的信息關聯(lián)起來，揭示其潛在功能。10.生物信息學在DDR研究中的應用不僅限于分析損傷后的直接修復事件，還可以通過比較DDR缺陷細胞與正常細胞的_______（數(shù)據(jù)類型，如數(shù)據(jù)類別）差異，研究損傷修復對細胞整體表型的影響。三、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述DNA損傷修復中，同源重組（HDR）和錯配修復（MMR）的主要區(qū)別。2.簡要說明在進行DNA序列比對時，選擇不同算法（如BLASTvs.Bowtie2）可能需要考慮的因素。3.RNA-Seq數(shù)據(jù)分析流程通常包含哪些關鍵步驟？4.為什么說DDR通路在維持基因組穩(wěn)定性中至關重要？四、分析題（共20分。請根據(jù)要求進行分析和論述）假設你獲得了一份來自輻射處理細胞的RNA-Seq數(shù)據(jù)集。請設計一個生物信息學分析策略，用于研究該輻射處理對DDR通路相關基因表達的影響。請簡述你的分析步驟，包括需要使用的主要工具或方法（不必詳細說明具體參數(shù)），并說明你將如何分析結果以判斷哪些DDR通路受到了顯著影響，以及如何初步解釋這些結果生物學上可能的意義。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.D5.C6.C7.B8.D9.B10.B二、填空題1.核酸切除修復(NER)2.質量控制(QualityControl),過濾(Filtering)3.變異檢測(VariantCalling)4.過程特征(ProcessCharacterization/Features)5.激活(Activating)/感應(Sensing)6.效重復驗(Validation)7.結構變異檢測(StructuralVariantDetection)8.信號轉導(SignalTransduction/PathwayRegulation)9.功能注釋(FunctionalAnnotation)10.基因組(Genomic)三、簡答題1.同源重組(HDR)主要利用姐妹染色單體或同源染色體作為模板進行精確修復，常發(fā)生在S和G2期，修復雙鏈斷裂（DSB）效率相對較低但準確性高。錯配修復(MMR)主要修復DNA復制過程中產(chǎn)生的錯配（如T/G互換），利用模板鏈進行校正，特異性識別非配對堿基，修復效率高但無法修復DSB。兩者機制、所需模板、修復類型和生物學時期均不同。2.選擇BLAST還是Bowtie2等比對算法取決于具體需求。BLAST（BasicLocalAlignmentSearchTool）是序列比對的金標準，能找到全局或局部的最佳匹配，對未知序列的搜索或需要高精度查找特定基因/序列時常用。Bowtie2等基于種間同源索引的算法速度快，特別適用于對已知基因組進行大量短序列（如二代測序讀長）的快速比對。選擇時需權衡速度與精度、是否需要找到所有可能的匹配、是否為已知基因組測序等。3.RNA-Seq數(shù)據(jù)分析流程通常包括：①數(shù)據(jù)預處理：質量控制（如使用FastQC檢查原始讀長質量）、過濾（去除低質量讀長和接頭序列）、比對（將讀長比對到參考基因組，常用工具如STAR,HISAT2）。②變異檢測（如果需要）：識別測序讀長與參考基因組之間的差異，如SNP和InDel，常用工具如FreeBayes,GATK。③表達定量：計算基因或轉錄本的表達水平，常用方法有基于Tophat/Cufflinks的align-reads-then-counts流程，或直接使用featureCounts,Salmon,DESeq2等方法進行比對和定量。④差異表達分析：比較不同條件下樣本間基因表達水平的差異，識別顯著變化的基因，常用工具如DESeq2,edgeR。⑤功能注釋與富集分析（可選）：對差異表達基因進行功能注釋（如GO,KEGG），并分析其在特定生物學過程中的富集情況。⑥結果可視化（可選）：繪制熱圖、火山圖、通路圖等展示分析結果。4.DDR通路在維持基因組穩(wěn)定性中至關重要，因為它們能夠識別、標記和修復各種類型的DNA損傷（如單鏈斷裂、雙鏈斷裂、堿基損傷等）。如果DDR通路功能缺陷，DNA損傷無法得到有效修復，會導致DNA鏈斷裂、基因組序列錯誤、染色體結構異常等。這些損傷會累積，引起基因功能紊亂、基因組不穩(wěn)定性增加，進而可能導致細胞凋亡、細胞衰老或癌變。因此，DDR是細胞保護自身免受遺傳物質損害、維持遺傳信息連續(xù)性的最后一道防線。四、分析題分析策略設計：1.數(shù)據(jù)預處理與比對：首先對原始RNA-Seq讀長進行質量控制和過濾，去除低質量序列。然后使用合適的比對工具（如STAR或HISAT2）將過濾后的讀長比對到參考基因組。2.表達定量：使用工具（如featureCounts或DESeq2包中的計數(shù)步驟）計算每個基因在不同條件下（如輻射處理組vs.對照組）的讀長計數(shù)或RPKM/FPKM值，得到基因表達矩陣。3.差異表達分析：利用統(tǒng)計方法（如DESeq2或edgeR）對基因表達矩陣進行分析，比較輻射處理前后基因表達水平的變化。設置合適的統(tǒng)計閾值（如p-value<0.05,|log2foldchange|>1或2）篩選出差異顯著表達的基因。特別關注DDR通路相關基因（可從KEGG通路數(shù)據(jù)庫獲取DDR通路基因列表，或通過功能富集分析后獲?。┑谋磉_變化情況。4.結果分析與解讀：*比較差異表達基因列表與DDR通路基因集的交集。識別哪些DDR通路相關的基因在輻射處理后表達顯著上調(diào)或下調(diào)。*分析不同DDR通路基因的表達模式變化。例如，損傷感應和信號轉導相關基因（如ATM,ATR）是否在早期顯著上調(diào)？DNA修復執(zhí)行基因（如BRCA1,RAD51,PARP）的表達變化如何？損傷修復相關調(diào)控因子（如p53）的表達是否改變？*