2025年大學(xué)《生物信息學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——DNA甲基化在精子發(fā)育過程中的調(diào)控機(jī)制考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種酶參與DNA甲基化的建立過程？A.DNMT1B.MBD2C.TET1D.HDAC12.在精子發(fā)育過程中，DNA甲基化水平發(fā)生顯著變化的時(shí)期主要是？A.精原細(xì)胞自我更新階段B.初級(jí)精母細(xì)胞減數(shù)第一次分裂前期C.精細(xì)胞形成階段D.精子成熟階段3.下列哪個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)主要收錄人類全基因組DNA甲基化譜數(shù)據(jù)？A.UCSCGenomeBrowserB.ENCODEProjectC.GTExConsortiumD.dbGaP4.基于亞硫酸氫鹽測(cè)序（BS-seq）數(shù)據(jù)，常用的判斷一個(gè)CpG位點(diǎn)是否甲基化的閾值是？A.甲基化讀數(shù)率大于0.5B.甲基化讀數(shù)率等于0.5C.甲基化讀數(shù)率大于0.9D.甲基化讀數(shù)率小于0.15.在精子發(fā)育過程中，啟動(dòng)子區(qū)域的低甲基化通常與什么相關(guān)？A.基因沉默B.基因表達(dá)調(diào)控C.染色體不穩(wěn)定D.DNA復(fù)制障礙6.DNA甲基化通常在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)中起到什么作用？A.促進(jìn)染色質(zhì)開放和基因表達(dá)B.限制染色質(zhì)開放和基因表達(dá)C.僅影響DNA復(fù)制D.僅影響RNA轉(zhuǎn)錄7.下列哪個(gè)非編碼RNA被報(bào)道在精子發(fā)育過程中調(diào)控DNA甲基化？A.microRNAB.lncRNAHOTAIRC.siRNAD.tRNA8.在生物信息學(xué)分析中，用于計(jì)算不同樣本間甲基化差異的常用方法或指標(biāo)可能包括？A.FoldChangeB.FDRC.TPMD.beta值9.精子成熟過程中，組蛋白修飾（如H3K4me3）的去除通常伴隨著？A.DNA甲基化的建立B.DNA甲基化的去除C.組蛋白乙?；脑黾覦.核小體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定10.DNA甲基化在精子發(fā)育中的表觀遺傳遺傳（epigeneticinheritance）意義主要體現(xiàn)在？A.維持親本表觀遺傳印記B.促進(jìn)基因表達(dá)隨機(jī)化C.導(dǎo)致遺傳性狀快速變異D.降解親本遺傳信息二、填空題（每空1分，共10分）1.DNA甲基化的主要化學(xué)修飾是在DNA的___________堿基上添加一個(gè)甲基基團(tuán)。2.通過限制性酶切片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RFLP）技術(shù)是早期研究DNA甲基化的一種___________方法。3.亞硫酸氫鹽測(cè)序（BS-seq）技術(shù)能夠區(qū)分甲基化的胞嘧啶（___________）和未甲基化的胞嘧啶（___________）。4.DNMT3A和DNMT3B被認(rèn)為是負(fù)責(zé)DNA甲基化___________的“從頭”甲基轉(zhuǎn)移酶。5.精子發(fā)育過程中，X染色體通常會(huì)發(fā)生選擇性的DNA甲基化，形成___________。6.生物信息學(xué)分析中，為了去除測(cè)序錯(cuò)誤或低質(zhì)量讀數(shù)對(duì)甲基化水平計(jì)算的影響，通常需要進(jìn)行___________和___________。7.某研究發(fā)現(xiàn)在小鼠精子成熟過程中，H3K27me3修飾水平降低與特定基因啟動(dòng)子區(qū)域DNA甲基化的增加相關(guān)，這提示了表觀遺傳修飾間的___________。8.DNA甲基化模式的建立和維持對(duì)于精子發(fā)育過程中的___________和___________至關(guān)重要。9.精子作為傳遞遺傳信息的細(xì)胞，其DNA甲基化模式的精確調(diào)控對(duì)于防止___________具有重要意義。10.基于WGBS（全基因組亞硫酸氫鹽測(cè)序）數(shù)據(jù)，可以繪制出完整基因組的DNA甲基化___________圖。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述DNA甲基化在精子發(fā)育過程中可能具有的生物學(xué)功能。2.比較DNMT1和DNMT3A在DNA甲基化過程中的作用區(qū)別。3.描述一下利用生物信息學(xué)工具進(jìn)行DNA甲基化數(shù)據(jù)（如BS-seq）預(yù)處理的基本流程。4.解釋什么是表觀遺傳遺傳，并舉例說明DNA甲基化如何在精子發(fā)育中實(shí)現(xiàn)部分表觀遺傳遺傳。四、論述題（每題10分，共30分）1.結(jié)合生物信息學(xué)分析方法，論述如何研究特定基因在精子發(fā)育過程中DNA甲基化模式的動(dòng)態(tài)變化及其與基因表達(dá)的關(guān)系。2.討論環(huán)境因素（如飲食、壓力、污染物）可能通過影響精子發(fā)育過程中的DNA甲基化模式，進(jìn)而對(duì)表觀遺傳遺傳和子代健康產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)影響的潛在機(jī)制。3.假設(shè)你獲得了一批來(lái)自不同發(fā)育階段的精子樣本的全基因組DNA甲基化數(shù)據(jù)（已處理完成），請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)生物信息學(xué)分析方案，以探究精子發(fā)育過程中DNA甲基化水平、模式及分布的主要變化特征。試卷答案一、選擇題1.A解析思路：DNMT1主要負(fù)責(zé)復(fù)制后DNA甲基化的維持，而DNMT3A和DNMT3B是負(fù)責(zé)從頭建立DNA甲基化的酶。2.B解析思路：精子發(fā)育過程中，特別是在初級(jí)精母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂的過程中，DNA甲基化水平會(huì)發(fā)生劇烈的變化，包括整體水平的降低和特定基因區(qū)域的重新甲基化。3.B解析思路：ENCODEProject項(xiàng)目產(chǎn)生了大量的人類基因組層面的各種表觀遺傳數(shù)據(jù)，包括DNA甲基化譜。4.A解析思路：通常設(shè)定一個(gè)閾值（如甲基化讀數(shù)率超過50%）來(lái)區(qū)分甲基化CpG和未甲基化CpG，具體閾值可能需根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)質(zhì)量調(diào)整。5.B解析思路：在真核生物中，啟動(dòng)子區(qū)域的低甲基化通常與染色質(zhì)開放狀態(tài)（euchromatin）相關(guān)，有利于轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合和基因表達(dá)。6.B解析思路：DNA甲基化通常發(fā)生在CpG二核苷酸，其發(fā)生在染色質(zhì)中會(huì)覆蓋組蛋白，傾向于導(dǎo)致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密（heterochromatin），從而抑制基因表達(dá)。7.B解析思路：lncRNAHOTAIR等被報(bào)道可以與DNA甲基化相關(guān)蛋白相互作用，影響甲基化酶的招募或甲基化狀態(tài)，從而調(diào)控基因表達(dá)。8.A解析思路：FoldChange是表示兩組樣本間表達(dá)量或甲基化水平差異倍數(shù)的指標(biāo)，常用于差異分析。FDR是假發(fā)現(xiàn)率，用于多重檢驗(yàn)校正。TPM是每百萬(wàn)轉(zhuǎn)錄本單位讀數(shù)，用于標(biāo)準(zhǔn)化表達(dá)量。Beta值是單個(gè)CpG位點(diǎn)的甲基化水平（0-1之間）。9.B解析思路：精子成熟過程中，為了確保遺傳物質(zhì)的“清潔”，通常會(huì)去除大部分父源DNA甲基化，特別是那些可能在卵子中建立的印記。10.A解析思路：精子將DNA甲基化模式傳遞給后代，有助于維持親本來(lái)源的基因表達(dá)狀態(tài)（如父系印記基因），是一種重要的表觀遺傳遺傳方式。二、填空題1.胞嘧啶2.基礎(chǔ)3.mC,unmC4.建立5.精子特異性甲基化區(qū)（PrimingBlock）6.質(zhì)量控制,過濾7.協(xié)作8.遺傳穩(wěn)定性,基因表達(dá)調(diào)控9.非遺傳性變異（或表觀遺傳變異）10.分布三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：首先回答DNA甲基化的基本功能，如基因沉默、基因組穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)錄調(diào)控。然后結(jié)合精子發(fā)育，具體說明：維持基因表達(dá)沉默（如父源X染色體失活）；建立和維持精子特異性的基因表達(dá)程序；消除卵子來(lái)源的甲基化印記；保護(hù)基因組免受外來(lái)DNA損傷；可能參與精子與卵子相互識(shí)別的信號(hào)層等。2.解析思路：說明DNMT1的作用是維持甲基化（復(fù)制保真），在DNA復(fù)制時(shí)將新的甲基基團(tuán)添加到子鏈相應(yīng)的位置。說明DNMT3A和DNMT3B的作用是“從頭”甲基化，即在未甲基化的DNA序列上添加甲基基團(tuán)，是甲基化模式建立的主要酶。比較點(diǎn)在于功能上的“維持”vs“建立”。3.解析思路：描述一個(gè)典型流程：數(shù)據(jù)下載與格式轉(zhuǎn)換（如將BAM轉(zhuǎn)到BED或BC2格式）；質(zhì)量控制（去除低質(zhì)量讀數(shù)、去除接頭序列、過濾非CpG位點(diǎn)讀數(shù)等）；序列對(duì)齊（將讀數(shù)比對(duì)到參考基因組）；識(shí)別甲基化CpG（根據(jù)亞硫酸氫鹽測(cè)序原理，判斷C到T的轉(zhuǎn)換）；計(jì)算甲基化率（統(tǒng)計(jì)每個(gè)CpG位點(diǎn)甲基化讀數(shù)/總讀數(shù)）；數(shù)據(jù)整理與導(dǎo)出。提及常用工具如BS-Seeker2,MethylKit,methylationPipe等。4.解析思路：首先解釋表觀遺傳遺傳：指親代通過非DNA序列變化（如表觀遺傳標(biāo)記）將信息傳遞給后代的現(xiàn)象。然后舉例說明精子發(fā)育中的DNA甲基化遺傳：例如，父系來(lái)源的某些基因（如H19）的甲基化印記是在精子發(fā)育中建立并傳遞給后代的，這種甲基化模式有助于后代維持正確的基因表達(dá)狀態(tài)。強(qiáng)調(diào)這是表觀遺傳遺傳的一種常見形式。四、論述題1.解析思路：設(shè)計(jì)分析方案需包含數(shù)據(jù)獲取與預(yù)處理（說明如何處理原始BS-seq數(shù)據(jù)）；差異甲基化位點(diǎn)（CpG）分析（使用工具如DMPy，設(shè)定閾值篩選DMCs）；甲基化水平變化分析（計(jì)算不同階段樣本間的平均甲基化率差異，可用FoldChange或t-test）；特定基因甲基化分析（提取目標(biāo)基因區(qū)域的甲基化數(shù)據(jù)，分析其隨發(fā)育階段的變化）；甲基化與表達(dá)關(guān)聯(lián)分析（獲取表達(dá)數(shù)據(jù)如RNA-seq，使用工具如MethylationPipe或整合分析，繪制散點(diǎn)圖，計(jì)算相關(guān)系數(shù)或進(jìn)行回歸分析）；結(jié)果整合與解讀（結(jié)合生物學(xué)知識(shí)解釋甲基化變化的意義，如啟動(dòng)子甲基化與表達(dá)沉默的關(guān)系）。需要體現(xiàn)從數(shù)據(jù)到結(jié)果的邏輯鏈條和生物學(xué)解釋。2.解析思路：首先提出環(huán)境因素影響精子發(fā)育表觀遺傳的假設(shè)。然后闡述可能的途徑：環(huán)境因素（如污染物、飲食成分）可能干擾精子發(fā)育過程中的甲基化酶（DNMTs）活性、去甲基化酶（TETs）活性或影響其底物/配體（如S-腺苷甲硫氨酸SAM）；環(huán)境因素可能誘導(dǎo)特定的甲基化模式，如導(dǎo)致關(guān)鍵基因的甲基化異常（增加沉默或解除沉默）；這些改變可能被精子傳遞給卵子，或在受精后影響早期胚胎發(fā)育。最后討論這些表觀遺傳改變對(duì)子代健康的長(zhǎng)遠(yuǎn)影響，可能涉及發(fā)育異常、疾病易感性增加等。需要結(jié)合表觀遺傳學(xué)傳遞機(jī)制和已知的環(huán)境表觀遺傳學(xué)研究。3.解析思路：設(shè)計(jì)分析方案需包含：數(shù)據(jù)加載與標(biāo)準(zhǔn)化（讀取輸入的甲基化數(shù)據(jù)矩陣，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理如beta值歸一化）；全局甲基化水平分析（計(jì)算每個(gè)樣本的總甲基化率，比較不同階段差異）；區(qū)域