2025年大學(xué)《生物科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——生物科學(xué)專業(yè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分享考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)述基因表達(dá)調(diào)控的基本原理，并舉例說(shuō)明真核生物中至少兩種主要的調(diào)控機(jī)制。二、某研究團(tuán)隊(duì)利用CRISPR-Cas9技術(shù)對(duì)一種模式生物進(jìn)行基因編輯，旨在敲除其某個(gè)基因（GeneX）。請(qǐng)描述該基因編輯實(shí)驗(yàn)的基本流程，并說(shuō)明如何初步篩選出成功敲除了GeneX的個(gè)體。三、生物信息學(xué)在基因組學(xué)研究中扮演著重要角色。請(qǐng)列舉至少三種常用的生物信息學(xué)工具或數(shù)據(jù)庫(kù)，并簡(jiǎn)要說(shuō)明它們?cè)诨蚪M注釋或序列分析中的具體應(yīng)用。四、假設(shè)你所在的實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行一項(xiàng)關(guān)于某種植物抗病機(jī)制的研究。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案，用于初步探究該植物中某個(gè)候選抗病基因（GeneY）的表達(dá)模式及其在抗病反應(yīng)中的作用。要求簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)思路、主要步驟和預(yù)期結(jié)果。五、當(dāng)前，合成生物學(xué)在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。請(qǐng)結(jié)合具體實(shí)例，論述合成生物學(xué)的發(fā)展對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)可能產(chǎn)生的影響，并探討其中可能伴隨的倫理和社會(huì)問(wèn)題。六、閱讀以下關(guān)于某種新型基因測(cè)序技術(shù)的簡(jiǎn)短介紹（請(qǐng)自行虛構(gòu)或基于現(xiàn)有技術(shù)改編，無(wú)需真實(shí)信息）：該技術(shù)號(hào)稱能夠更快、更便宜地讀取更長(zhǎng)片段的DNA序列，有望在個(gè)性化醫(yī)療和古DNA研究中得到廣泛應(yīng)用。請(qǐng)分析這項(xiàng)技術(shù)如果得以普及，可能給生物科學(xué)研究或應(yīng)用帶來(lái)哪些具體的改變或挑戰(zhàn)。七、作為一名生物科學(xué)專業(yè)的學(xué)生，你計(jì)劃畢業(yè)后進(jìn)入生物技術(shù)公司從事研發(fā)工作。請(qǐng)結(jié)合你對(duì)行業(yè)的了解，闡述你認(rèn)為進(jìn)入該領(lǐng)域所需具備的核心能力，并說(shuō)明你將如何在校期間進(jìn)行培養(yǎng)和準(zhǔn)備。八、討論生物多樣性保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展之間的關(guān)系。請(qǐng)結(jié)合具體例子，說(shuō)明現(xiàn)代生物技術(shù)（如基因資源庫(kù)保存、生態(tài)修復(fù)技術(shù)等）在生物多樣性保護(hù)中可以發(fā)揮哪些作用。試卷答案一、基因表達(dá)調(diào)控是指細(xì)胞根據(jù)需要控制基因轉(zhuǎn)錄和（或）翻譯過(guò)程，從而決定特定蛋白質(zhì)產(chǎn)物的時(shí)空表達(dá)模式。基本原理涉及順式作用元件（如啟動(dòng)子、增強(qiáng)子）與反式作用因子（如轉(zhuǎn)錄因子）的相互作用，以及染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化（如DNA甲基化、組蛋白修飾）。真核生物中主要的調(diào)控機(jī)制包括：1.轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控：通過(guò)啟動(dòng)子區(qū)域的序列特異性結(jié)合，調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始的頻率和效率。例如，TATA盒是許多啟動(dòng)子中的核心元件，TATA結(jié)合蛋白（TBP）是其關(guān)鍵反式作用因子。細(xì)胞根據(jù)信號(hào)通路激活或抑制特定轉(zhuǎn)錄因子，從而調(diào)節(jié)基因表達(dá)。2.轉(zhuǎn)錄后調(diào)控：包括mRNA的加工（剪接、加帽、加尾）、穩(wěn)定性調(diào)控和定位調(diào)控。例如，某些mRNA的穩(wěn)定性受特定序列或RNA結(jié)合蛋白（RBPs）控制，影響其半衰期和翻譯效率。核內(nèi)mRNA的定位也影響蛋白質(zhì)的最終分布。3.翻譯水平調(diào)控：通過(guò)調(diào)控核糖體與mRNA的結(jié)合、核糖體運(yùn)行效率或mRNA的降解來(lái)控制蛋白質(zhì)合成。例如，某些小分子RNA（snoRNAs）可以調(diào)控rRNA的加工，而miRNAs通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)抑制靶標(biāo)mRNA的翻譯或穩(wěn)定性。二、CRISPR-Cas9基因編輯實(shí)驗(yàn)流程：1.設(shè)計(jì)gRNA：設(shè)計(jì)一段與目標(biāo)基因序列（GeneX）特異性結(jié)合的向?qū)NA（gRNA）。2.構(gòu)建載體：將gRNA序列與Cas9核酸酶序列共表達(dá)的表達(dá)盒克隆到合適的表達(dá)載體（如質(zhì)粒）中。3.轉(zhuǎn)化/轉(zhuǎn)染：將載體導(dǎo)入目標(biāo)生物細(xì)胞中。4.篩選：利用gRNA的特異性，Cas9會(huì)在GeneX序列附近切割DNA，產(chǎn)生雙鏈斷裂（DSB）。細(xì)胞會(huì)嘗試修復(fù)DSB，主要途徑有NHEJ（非同源末端連接）和HDR（同源定向修復(fù)）。NHEJ易發(fā)生錯(cuò)誤，導(dǎo)致基因突變（如插入或刪除Indel），可能產(chǎn)生無(wú)義突變或移碼突變，從而敲除GeneX功能。通過(guò)篩選表型變化或使用PCR結(jié)合測(cè)序技術(shù)檢測(cè)特定基因片段是否存在Indel突變，可以初步篩選出敲除成功的個(gè)體。例如，可以設(shè)計(jì)引物擴(kuò)增包含GeneX突變位點(diǎn)的區(qū)域，若PCR產(chǎn)物大小或序列發(fā)生改變，則可能表明成功敲除。三、常用的生物信息學(xué)工具或數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用：1.NCBIGenBank：最大的公共DNA和蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)?？捎糜讷@取基因序列、蛋白質(zhì)序列、基因組數(shù)據(jù)，進(jìn)行序列相似性搜索（BLAST）以識(shí)別未知序列的功能或同源物。2.Ensembl：提供脊椎動(dòng)物等生物的基因組注釋信息，包括基因預(yù)測(cè)、轉(zhuǎn)錄本結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)編碼區(qū)域、變異注釋等?？捎糜跒g覽基因組圖譜、下載基因注釋文件、分析基因結(jié)構(gòu)。3.UCSCGenomeBrowser：提供多種生物的基因組序列和多種類型注釋數(shù)據(jù)的整合視圖平臺(tái)。用戶可以方便地查看基因組序列、基因注釋、保守區(qū)域、表觀遺傳學(xué)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（如ChIP-seq）等，并進(jìn)行序列比對(duì)和可視化分析。四、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)思路：通過(guò)分析GeneY在不同組織、不同發(fā)育階段以及響應(yīng)病原體侵染時(shí)的表達(dá)模式，并結(jié)合基因功能缺失實(shí)驗(yàn)（如RNA干擾或CRISPR敲低），初步探究GeneY在植物抗病中的作用。主要步驟：1.獲取cDNA文庫(kù)或RNA-seq數(shù)據(jù)：收集植物不同組織（如葉片、根、花）、不同發(fā)育階段（如幼苗、開(kāi)花期）以及接種病原體后不同時(shí)間點(diǎn)（如0h,6h,12h,24h）的樣本，提取總RNA，反轉(zhuǎn)錄為cDNA，構(gòu)建cDNA文庫(kù)或進(jìn)行RNA-seq測(cè)序。2.GeneY表達(dá)分析：利用生物信息學(xué)工具（如Enrichr,DAVID）分析RNA-seq數(shù)據(jù)或qPCR驗(yàn)證，確定GeneY在不同條件下的表達(dá)水平和時(shí)空模式。預(yù)期結(jié)果可能是GeneY在病原體侵染相關(guān)組織（如葉片）和特定時(shí)間點(diǎn)（如侵染后數(shù)小時(shí)）表達(dá)量顯著升高。3.基因功能缺失驗(yàn)證：采用RNA干擾（RNAi）或CRISPR技術(shù)創(chuàng)建GeneY表達(dá)量降低的植株（GeneY敲低/敲除突變體）。4.抗病性表型測(cè)定：將野生型植株和GeneY突變體分別接種于相同的病原體，在相同條件下培養(yǎng)，觀察并統(tǒng)計(jì)兩者的發(fā)病率、病情指數(shù)或生物量損失等指標(biāo)。預(yù)期結(jié)果可能是GeneY突變體表現(xiàn)出比野生型更弱的抗病性，支持GeneY參與抗病反應(yīng)的假設(shè)。五、合成生物學(xué)發(fā)展對(duì)產(chǎn)業(yè)的影響及倫理社會(huì)問(wèn)題：影響：1.醫(yī)藥領(lǐng)域：合成生物學(xué)加速了新藥研發(fā)進(jìn)程，如通過(guò)工程菌高效生產(chǎn)藥物（如胰島素、疫苗）、設(shè)計(jì)新型藥物分子、構(gòu)建細(xì)胞療法（如CAR-T細(xì)胞）。2.農(nóng)業(yè)領(lǐng)域：通過(guò)改造作物，提高產(chǎn)量、增強(qiáng)抗逆性（抗旱、抗鹽）、改善營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、生產(chǎn)新型生物質(zhì)材料，助力可持續(xù)農(nóng)業(yè)。3.工業(yè)領(lǐng)域：設(shè)計(jì)構(gòu)建能降解污染物的微生物，用于環(huán)境修復(fù)；工程菌用于生產(chǎn)綠色化學(xué)品、生物燃料等，推動(dòng)生物基工業(yè)發(fā)展。挑戰(zhàn)與倫理問(wèn)題：1.生物安全與生物安保：設(shè)計(jì)的生命系統(tǒng)可能意外逃逸或被惡意使用，引發(fā)環(huán)境污染或生物威脅。2.倫理爭(zhēng)議：對(duì)人類胚胎或生殖系細(xì)胞的基因編輯、通過(guò)合成生物學(xué)創(chuàng)造全新物種等問(wèn)題，引發(fā)深刻倫理?yè)?dān)憂。3.社會(huì)公平與資源分配：新技術(shù)帶來(lái)的巨大利益可能集中在少數(shù)人或國(guó)家，加劇社會(huì)不平等?；蛸Y源的獲取和惠益分享問(wèn)題也需關(guān)注。4.對(duì)自然界的長(zhǎng)期影響：大規(guī)模引入工程微生物或改造基因可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的長(zhǎng)期后果。六、新型基因測(cè)序技術(shù)普及可能帶來(lái)的改變或挑戰(zhàn)：改變：1.古DNA研究突破：能夠讀取更長(zhǎng)的DNA片段，有助于從古老樣本（如冰芯、琥珀、化石）中恢復(fù)更完整的基因組信息，揭示物種進(jìn)化歷史、古環(huán)境變遷。2.個(gè)性化醫(yī)療精準(zhǔn)化：更長(zhǎng)reads有助于更準(zhǔn)確地檢測(cè)基因組中的結(jié)構(gòu)變異（如大的缺失、重復(fù)、易位），為癌癥精準(zhǔn)診斷、藥物靶點(diǎn)選擇和個(gè)體化用藥方案提供更全面的信息。3.基因組注釋完善：有助于解析復(fù)雜基因組中非編碼區(qū)功能元件，更精確地定位基因邊界和調(diào)控區(qū)域。4.病原體快速鑒定與溯源：能夠快速、全面地測(cè)序病原體基因組，有助于快速識(shí)別新發(fā)傳染病、追蹤疫情傳播路徑。挑戰(zhàn)：1.數(shù)據(jù)處理與分析復(fù)雜性：更大的數(shù)據(jù)量需要更強(qiáng)大的計(jì)算能力和更先進(jìn)的生物信息學(xué)算法來(lái)處理和解讀。2.成本與可及性：盡管成本可能下降，但初期投入和運(yùn)營(yíng)成本仍然可能較高，導(dǎo)致資源分配不均，影響全球范圍內(nèi)的發(fā)展公平性。3.數(shù)據(jù)解讀與臨床轉(zhuǎn)化：海量數(shù)據(jù)中生物意義的挖掘需要深厚的專業(yè)知識(shí)，將測(cè)序結(jié)果有效轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用仍需克服障礙。4.數(shù)據(jù)隱私與安全：基因組數(shù)據(jù)極其敏感，大規(guī)模測(cè)序帶來(lái)更嚴(yán)峻的個(gè)人隱私保護(hù)和數(shù)據(jù)安全管理挑戰(zhàn)。七、進(jìn)入生物技術(shù)公司研發(fā)工作所需的核心能力及培養(yǎng)準(zhǔn)備：核心能力：1.扎實(shí)的生物學(xué)基礎(chǔ)：深入理解分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、生物化學(xué)等核心理論知識(shí)。2.實(shí)驗(yàn)操作技能：熟練掌握常規(guī)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)（PCR,克隆,基因測(cè)序,基因編輯等），并具備學(xué)習(xí)新技術(shù)的快速能力。3.數(shù)據(jù)分析能力：能夠處理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（如測(cè)序數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)），熟練使用相關(guān)生物信息學(xué)工具和軟件。4.解決問(wèn)題的能力：面對(duì)實(shí)驗(yàn)中的疑難問(wèn)題或研發(fā)瓶頸，能夠獨(dú)立思考、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并有效解決。5.創(chuàng)新思維與批判性思維：能夠提出新的想法或改進(jìn)現(xiàn)有方法，對(duì)文獻(xiàn)和項(xiàng)目進(jìn)展進(jìn)行批判性評(píng)估。6.溝通協(xié)作能力：能清晰準(zhǔn)確地撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告、研究論文和專利，進(jìn)行有效的口頭匯報(bào)和團(tuán)隊(duì)內(nèi)部溝通協(xié)作。7.項(xiàng)目管理與時(shí)間管理能力：能夠參與或負(fù)責(zé)項(xiàng)目，合理規(guī)劃時(shí)間，按時(shí)完成任務(wù)。培養(yǎng)準(zhǔn)備：1.學(xué)好專業(yè)知識(shí)：認(rèn)真完成本科課程學(xué)習(xí)，構(gòu)建扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。2.積極參與實(shí)踐：主動(dòng)加入實(shí)驗(yàn)室，參與科研項(xiàng)目，積累動(dòng)手經(jīng)驗(yàn)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。3.學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)技術(shù)：系統(tǒng)學(xué)習(xí)并練習(xí)常用實(shí)驗(yàn)技能，關(guān)注新技術(shù)進(jìn)展。4.掌握生物信息學(xué)：學(xué)