2025年大學《生物技術(shù)》專業(yè)題庫——高通量測序技術(shù)與基因編輯技術(shù)的結(jié)合考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項字母填在題干后的括號內(nèi)）1.下列哪一項不是高通量測序（HTS）相較于傳統(tǒng)Sanger測序的主要優(yōu)勢？A.數(shù)據(jù)產(chǎn)出量巨大B.讀取序列長度更長C.成本效益更高D.對樣本類型要求更單一2.CRISPR-Cas9系統(tǒng)中，gRNA的關(guān)鍵功能是？A.提供DNA修復模板B.激活DNA復制C.定向引導Cas9蛋白至目標DNA序列D.切割RNA分子3.在利用流式細胞術(shù)聯(lián)用測序（FACS-seq）篩選基因編輯陽性細胞時，主要檢測的分子標記通常是？A.gRNA本身B.編輯后產(chǎn)生的特定DNA片段或RNAC.Cas9蛋白表達水平D.細胞表面抗原來4.基因編輯技術(shù)HTS組合應用中，構(gòu)建帶有報告基因的篩選系統(tǒng)的主要目的是？A.直接測序鑒定基因編輯效率B.通過報告基因表達變化判斷基因功能C.提高gRNA的靶向特異性D.簡化細胞培養(yǎng)條件5.如果想研究特定基因敲除對細胞轉(zhuǎn)錄組的影響，最直接的高通量測序技術(shù)是？A.基因芯片（Microarray）B.程序設(shè)計規(guī)則分析（PRRA）C.RNA測序（RNA-Seq）D.表觀基因組測序（表觀組學）6.基于二代測序數(shù)據(jù)的基因突變檢測，通常需要用到哪種算法或軟件工具？A.序列比對引擎（如BWA,Bowtie）B.變異檢測工具（如GATK,FreeBayes）C.重復序列去除工具（如Trimmomatic）D.序列聚合工具（如Pegasus）7.基因編輯結(jié)合宏基因組測序，在哪些研究中具有獨特優(yōu)勢？A.構(gòu)建基因功能聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)B.篩選特定基因編輯效率最高的菌株C.分析基因編輯對微生物群落結(jié)構(gòu)的影響D.精確繪制微生物基因組序列8.以下哪項不屬于基因編輯技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域結(jié)合高通量測序的應用范疇？A.篩選抗病作物品種的基因型B.測序分析轉(zhuǎn)基因作物的外源基因插入位點及效應C.通過RNA-Seq分析基因編輯對作物抗逆性相關(guān)基因表達的影響D.直接用測序技術(shù)改良作物的表觀遺傳性狀9.在進行基因編輯實驗設(shè)計時，選擇合適的DNA修復途徑（NHEJvsHDR）主要取決于？A.gRNA的特異性B.希望產(chǎn)生的編輯結(jié)果（如點突變、插入、刪除、替換）C.實驗使用的細胞系類型D.測序平臺的技術(shù)指標10.單細胞測序技術(shù)與基因編輯技術(shù)的結(jié)合，在基礎(chǔ)生物學研究中最具潛力的應用方向是？A.大規(guī)模并行篩選藥物分子B.解析復雜組織或疾病中細胞異質(zhì)性及其遺傳基礎(chǔ)C.快速構(gòu)建大量基因編輯細胞系庫D.提高基因編輯操作的安全性評估效率二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.高通量測序技術(shù)根據(jù)測序反應是在溶液中進行還是分別在固相載體上進行，主要可分為______測序和______測序兩大類。2.CRISPR-Cas9系統(tǒng)中，負責識別并結(jié)合目標DNA序列的組件是______，而負責切割DNA的是______。3.通過高通量測序技術(shù)篩選基因編輯結(jié)果時，常用的計算生物學方法包括______、k-mer計數(shù)等。4.RNA測序（RNA-Seq）可以用于分析基因編輯對______和______等層面表達譜的影響。5.基因編輯結(jié)合蛋白質(zhì)組測序，是研究基因功能的重要手段，其可以直接分析______的變化。6.在進行基因編輯實驗前，對目標基因進行______預測對于選擇合適的gRNA至關(guān)重要。7.基因編輯技術(shù)結(jié)合高通量測序在疾病研究中的應用，有助于解析______的復雜遺傳基礎(chǔ)。8.高通量測序數(shù)據(jù)通常具有______和______的特點，需要專門的生物信息學流程進行處理和分析。9.基因編輯技術(shù)的出現(xiàn)，極大地促進了高通量測序在______等領(lǐng)域的應用深度和廣度。10.任何利用基因編輯和高通量測序技術(shù)的應用研究，都必須嚴格遵守相關(guān)的______和______。三、簡答題（每小題5分，共15分）1.簡述CRISPR-Cas9系統(tǒng)識別和切割目標DNA分子的基本過程。2.簡要說明HTS技術(shù)在驗證基因編輯實驗結(jié)果中的至少三種不同應用方式。3.比較基因編輯結(jié)合HTS技術(shù)和傳統(tǒng)方法（如轉(zhuǎn)座子插入突變、顯性負突變等）研究基因功能的異同點。四、論述題（共25分）結(jié)合具體的生物學研究實例，詳細論述高通量測序技術(shù)與基因編輯技術(shù)如何相互結(jié)合，解決一個特定的生物學問題（例如：研究某個基因的功能、解析某個疾病的發(fā)病機制、篩選特定藥物靶點等）。在論述中，應至少提及兩種不同的結(jié)合策略或技術(shù)平臺，并分析這種結(jié)合方式相比單獨使用其中一種技術(shù)的優(yōu)勢所在。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.B5.C6.B7.C8.D9.B10.B二、填空題1.邊合成邊測序，合成后測序2.gRNA，Cas9蛋白（或其復合物）3.變異檢測（或叫基因分型）4.轉(zhuǎn)錄本（或RNA），蛋白質(zhì)5.蛋白質(zhì)組（或蛋白質(zhì)種類/豐度）6.gRNA靶向效率（或gRNA效果）7.疾?。ɑ驈碗s性狀）8.海量（或大數(shù)據(jù)），高維度（或多維度）9.基因功能解析，疾病模型構(gòu)建（或其他相關(guān)領(lǐng)域如作物改良等）10.倫理規(guī)范，法律法規(guī)三、簡答題1.解析思路：首先說明gRNA作為向?qū)Вㄟ^其N端與Cas9蛋白結(jié)合，C端complementary配對結(jié)合到目標DNA上的特定序列（PAM序列附近）。接著描述Cas9蛋白識別到gRNA與目標DNA形成穩(wěn)定三鏈復合物后，其RuvC和HNH兩個核酸酶結(jié)構(gòu)域分別切割目標DNA的兩個鏈，產(chǎn)生特定位點的雙鏈斷裂（DSB）。最后提及細胞會啟動DNA修復機制（NHEJ或HDR），這個修復過程可能導致基因功能改變。2.解析思路：可以從篩選陽性克隆、鑒定突變類型、分析突變頻率、研究編輯效率時空分布等多個角度展開。例如：①通過測序直接鑒定成功編輯（如出現(xiàn)預期突變、移碼突變）的細胞或個體，篩選出陽性克隆進行后續(xù)研究；②對測序數(shù)據(jù)進行變異分析，不僅確認編輯位點的存在，還能鑒定出具體是哪種類型的突變（如點突變、小片段插入/刪除）；③統(tǒng)計特定基因編輯事件在總細胞/個體中的比例，計算編輯效率；④結(jié)合空間信息（如空間轉(zhuǎn)錄組），分析基因編輯在不同組織區(qū)域或細胞類型的分布和效率差異。3.解析思路：先說明共同點：都是通過引入遺傳變異來研究基因功能。然后從篩選效率、突變譜、時空控制、適用系統(tǒng)等方面比較差異。例如：HTS結(jié)合基因編輯（如CRISPR）篩選效率高、靶向性強、可精確構(gòu)建特定突變體；但可能存在脫靶效應、對某些細胞類型或生物系統(tǒng)操作難度大。傳統(tǒng)方法（如轉(zhuǎn)座子）隨機突變，篩選效率相對較低、突變譜廣、可在某些無法設(shè)計gRNA的系統(tǒng)中使用；但突變位置隨機，難以精確定位基因功能，且可能引入非特異性效應。HTS結(jié)合基因編輯提供更精準、高效的基因功能研究手段。四、論述題解析思路：本題需要構(gòu)建一個完整的論述邏輯鏈。1.明確研究問題：選擇一個具體的生物學問題，如“利用小鼠模型研究特定基因（例如Lgr5）在小腸干細胞自我更新中的作用”。2.引入基因編輯技術(shù)：提出使用CRISPR-Cas9技術(shù)精確敲除或敲入Lgr5基因。說明選擇該技術(shù)的理由（如其高效、精確的編輯能力）。描述基本實驗流程（設(shè)計gRNA，構(gòu)建編輯載體，轉(zhuǎn)染小鼠胚胎干細胞或直接胚胎注射，篩選陽性個體）。3.引入HTS技術(shù)（至少兩種）：*結(jié)合策略一：HTS用于篩選和驗證。在獲得Lgr5基因編輯小鼠后，利用流式細胞術(shù)聯(lián)用測序（FACS-seq）或空間轉(zhuǎn)錄組測序（ST-seq）等技術(shù)，檢測編輯效率，并分析Lgr5基因敲除后對小腸組織細胞組成（如干細胞、分化細胞比例）和基因表達空間模式的影響。例如，通過FACS-seq分析特定表面標記（如CD31,Lgr5,SSEA-1）陽性細胞的頻率變化，或通過ST-seq比較Lgr5野生型和突變型小鼠腸道不同區(qū)域的基因表達譜差異。*結(jié)合策略二：HTS用于功能關(guān)聯(lián)分析。在獲得Lgr5編輯小鼠的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)（如RNA-Seq）后，利用生物信息學方法（如差異表達分析、共表達網(wǎng)絡(luò)分析、PPI網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建）篩選出與Lgr5功能相關(guān)的下游基因或信號通路。進一步可以通過過表達或敲低這些相關(guān)基因，結(jié)合測序技術(shù)（如RNA-Seq）驗證它們在Lgr5功能調(diào)控中的作用。4.分析結(jié)合優(yōu)勢：強調(diào)這種結(jié)合方式的優(yōu)勢。例如：①基因編輯提供了研究Lgr5功能所必需的特定遺傳背景（敲除或敲入模型），使得后續(xù)的HTS分析具有明確的目的性和針對性，結(jié)果更可信。②HTS技術(shù)（特別是FACS-