2025年大學(xué)《生物信息學(xué)》專業(yè)題庫——生物信息學(xué)在微生物宿主相互作用研究中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在分析來自不同宿主樣本的宏基因組數(shù)據(jù)時，去除宿主基因組是哪個步驟的關(guān)鍵目標(biāo)？A.獲得宿主特異性基因表達(dá)譜B.識別樣品中的微生物群落組成C.避免宿主基因組序列干擾微生物功能分析D.提高宏基因組組裝的完整性2.BLAST算法在微生物研究中最常用于什么目的？A.預(yù)測基因的二級結(jié)構(gòu)B.構(gòu)建微生物進(jìn)化樹C.搜索特定基因或序列在數(shù)據(jù)庫中的同源序列D.計算基因組的G+C含量3.RNA-Seq數(shù)據(jù)分析中，差異表達(dá)基因篩選的常用統(tǒng)計方法通常需要考慮？A.基因組大小B.讀取片段長度分布C.方差分析和多重檢驗校正（如p值調(diào)整）D.實驗重復(fù)次數(shù)4.對于微生物群落結(jié)構(gòu)的比較研究，Alpha多樣性指數(shù)主要描述了什么？A.樣本之間群落組成的相似性B.樣本內(nèi)部物種豐富度的多樣性C.物種在所有樣品中的均勻分布程度D.物種之間的進(jìn)化距離5.在構(gòu)建“微生物-宿主基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)”時，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點通常代表什么？A.宿主細(xì)胞器B.微生物基因或宿主基因C.代謝物分子D.蛋白質(zhì)復(fù)合物6.宏基因組功能預(yù)測中，使用Kegg或COG數(shù)據(jù)庫的主要目的是什么？A.確定基因在染色體上的位置B.預(yù)測基因編碼蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)C.預(yù)測基因可能參與的生物學(xué)功能或通路D.評估宏基因組的復(fù)雜程度7.當(dāng)研究人員想探索特定微生物在宿主不同組織或狀態(tài)下的功能變化時，哪種組學(xué)技術(shù)可能是首選？A.蛋白質(zhì)組學(xué)B.宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)C.基因組測序D.代謝組學(xué)8.以下哪項技術(shù)通常不直接用于分析微生物與宿主之間的空間相互作用？A.宿主微生物共定位免疫熒光實驗B.宏基因組測序C.基于空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)的微生物檢測D.基因芯片分析宿主基因表達(dá)9.在生物信息學(xué)分析中，將多個生物信息學(xué)工具的輸出結(jié)果整合起來進(jìn)行下游分析，通常需要用到什么技術(shù)？A.數(shù)據(jù)庫查詢B.數(shù)據(jù)可視化C.數(shù)據(jù)融合與整合D.序列比對10.利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型預(yù)測微生物群落的潛在影響（如疾病風(fēng)險），其核心挑戰(zhàn)之一是？A.獲取足夠大的樣本量B.確保所有預(yù)測特征與結(jié)果完全相關(guān)C.避免模型過擬合D.選擇最合適的數(shù)據(jù)庫二、填空題（每空1分，共15分）1.微生物宿主互作研究產(chǎn)生的數(shù)據(jù)類型多樣，除了基因組數(shù)據(jù)，還包括轉(zhuǎn)錄組、__________、蛋白質(zhì)組、代謝組和表觀遺傳修飾數(shù)據(jù)等。2.宏基因組學(xué)分析的首要步驟通常包括質(zhì)粒過濾、宿主基因組去除和__________。3.對比不同實驗條件下微生物群落結(jié)構(gòu)的變化，常用的分析方法有計算Alpha多樣性、Beta多樣性和進(jìn)行__________檢驗。4.GO（GeneOntology）數(shù)據(jù)庫主要用于對基因或蛋白質(zhì)進(jìn)行__________和功能注釋。5.RNA-Seq數(shù)據(jù)定量分析中，常用的軟件工具如__________和featureCounts。6.在系統(tǒng)生物學(xué)視角下，分析微生物-宿主互作常常涉及構(gòu)建__________網(wǎng)絡(luò)，以揭示相互作用和調(diào)控關(guān)系。7.生物信息學(xué)分析流程中，對原始生物序列數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查是必不可少的__________環(huán)節(jié)。8.利用公共數(shù)據(jù)庫如NCBISRA進(jìn)行RNA-Seq數(shù)據(jù)下載時，需要關(guān)注數(shù)據(jù)集的__________信息。9.功能預(yù)測工具如InterProScan可以整合多個蛋白質(zhì)識別和__________數(shù)據(jù)庫的信息。10.機(jī)器學(xué)習(xí)在微生物互作研究中的應(yīng)用越來越廣泛，可用于__________預(yù)測、風(fēng)險分層等。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述從原始測序讀?。≧awReads）到獲得微生物基因注釋文件的基本分析流程，并至少提及三個關(guān)鍵步驟及其作用。2.什么是Alpha多樣性和Beta多樣性？請簡要說明它們在評估微生物群落特征時各自代表的意義。3.在進(jìn)行宏基因組功能預(yù)測時，為什么使用多個功能注釋數(shù)據(jù)庫（如Kegg,COG,GO,eggNOG）比僅依賴一個數(shù)據(jù)庫更有優(yōu)勢？4.描述一下生物信息學(xué)分析方法在揭示“微生物-宿主基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)”中的作用和意義。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述生物信息學(xué)分析在研究特定微生物（例如，某種腸道共生菌）對宿主免疫功能影響方面的主要應(yīng)用途徑和分析策略。2.結(jié)合具體的分析步驟或工具，論述如何利用生物信息學(xué)方法從宏基因組數(shù)據(jù)中鑒定與人類疾病相關(guān)的潛在病原微生物或功能基因。---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.B5.B6.C7.B8.D9.C10.C二、填空題1.蛋白質(zhì)組2.拼接/組裝3.顯著性4.分類5.Salmon/HTSeq-counts6.微生物-宿主/相互作用7.質(zhì)量控制8.獲取/來源/實驗設(shè)計9.功能預(yù)測10.疾病狀態(tài)/互作模式三、簡答題1.答案：基本流程包括：質(zhì)量控制（QC，去除低質(zhì)量讀?。?；序列比對（將高質(zhì)量讀取比對到參考基因組或數(shù)據(jù)庫，如NCBInr數(shù)據(jù)庫）；差異分析/定量（如果需要，比較不同樣本間的表達(dá)差異或進(jìn)行物種注釋）；基因注釋（利用比對結(jié)果和注釋工具，如Prokka，為基因賦予功能信息）；結(jié)果整理與輸出。關(guān)鍵步驟及其作用：質(zhì)量控制保證后續(xù)分析數(shù)據(jù)質(zhì)量；序列比對是連接原始數(shù)據(jù)和注釋信息的關(guān)鍵橋梁；基因注釋是最終獲得生物學(xué)功能解釋的核心環(huán)節(jié)。解析思路：考察對RNA-Seq或宏基因組基本分析流程的掌握。需要學(xué)生能說出典型步驟，并理解每個步驟的目的。從原始數(shù)據(jù)出發(fā)，經(jīng)過處理、比對、注釋，最終得到有生物學(xué)意義的輸出。提及QC、比對、注釋是必考點。2.答案：Alpha多樣性衡量一個樣品內(nèi)物種的豐富度和均勻度，即物種多少以及每個物種豐度的均衡程度。Beta多樣性衡量不同樣品之間群落組成的差異程度，反映了群落結(jié)構(gòu)的變異。它們共同用于描述和比較微生物群落的生態(tài)特征。解析思路：考察對群落多樣性兩個主要維度（Alpha和Beta）的定義和區(qū)分的理解。Alpha關(guān)注內(nèi)部，Beta關(guān)注外部比較。學(xué)生需要能清晰解釋這兩個概念及其衡量意義。3.答案：使用多個功能注釋數(shù)據(jù)庫可以提供更全面、冗余的功能信息，提高注釋的覆蓋率和準(zhǔn)確性。不同數(shù)據(jù)庫基于不同的注釋策略、更新頻率和收錄范圍，單一數(shù)據(jù)庫可能存在遺漏或偏差。整合多個來源的信息可以減少單一數(shù)據(jù)庫的局限性，為基因功能提供更多線索和驗證機(jī)會。解析思路：考察對功能注釋數(shù)據(jù)庫選擇重要性的理解。核心在于認(rèn)識到單一數(shù)據(jù)庫的局限性（不全面、可能過時或偏見）以及使用多個數(shù)據(jù)庫如何通過冗余和互補(bǔ)來提升整體注釋質(zhì)量。4.答案：生物信息學(xué)通過分析宿主和微生物在不同條件下的基因表達(dá)譜（轉(zhuǎn)錄組），可以識別出共表達(dá)基因。構(gòu)建共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)能夠揭示宿主基因與微生物基因之間的潛在協(xié)同調(diào)控關(guān)系或功能關(guān)聯(lián)。這些網(wǎng)絡(luò)有助于理解微生物如何影響宿主基因表達(dá)，以及宿主如何響應(yīng)微生物的存在，從而深入解析互作的分子機(jī)制。解析思路：考察對共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析方法及其在互作研究中意義的理解。需要學(xué)生明白分析過程（比較表達(dá)譜、找共表達(dá)對、建網(wǎng)絡(luò)），并能闡述網(wǎng)絡(luò)在揭示調(diào)控關(guān)系、理解機(jī)制方面的作用。四、論述題1.答案：生物信息學(xué)在研究微生物對宿主免疫功能影響方面有多種應(yīng)用途徑。首先，通過比較健康人與疾病人（如過敏、自身免疫?。┑奈⑸锝M（如16SrRNA測序或宏基因組測序），鑒定差異菌群，并進(jìn)行功能預(yù)測（如使用Kegg/GO），尋找與免疫失調(diào)相關(guān)的候選微生物及其功能。其次，利用RNA-Seq分析宿主和微生物在不同狀態(tài)下的轉(zhuǎn)錄組變化，構(gòu)建宿主-微生物共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，探索微生物代謝物或產(chǎn)物如何調(diào)控宿主免疫細(xì)胞的功能。再次，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)，利用已知的免疫相關(guān)特征訓(xùn)練模型，預(yù)測特定微生物群落的免疫影響或疾病風(fēng)險。最后，對微生物與宿主免疫細(xì)胞相互作用的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行生物信息學(xué)分析，如細(xì)胞因子分泌譜分析、免疫細(xì)胞表面標(biāo)志物變化分析等，以量化互作效應(yīng)。解析思路：考察綜合運(yùn)用生物信息學(xué)知識解決特定生物學(xué)問題的能力。要求學(xué)生能從不同組學(xué)層面（群落、轉(zhuǎn)錄組）、不同分析策略（差異分析、功能預(yù)測、網(wǎng)絡(luò)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)）思考如何研究微生物與宿主免疫互作，并能清晰闡述分析流程和目的。2.答案：利用生物信息學(xué)方法鑒定疾病相關(guān)微生物或功能基因，通常從宏基因組數(shù)據(jù)開始。首先進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制和預(yù)處理，包括過濾低質(zhì)量序列、去除宿主基因組、去除通用線粒體/核糖體序列和已知非微生物序列（如人類基因組、病毒、低豐度微生物）。然后，將處理后的序列比對到廣譜微生物基因數(shù)據(jù)庫（如NCBInr/nt）或特定微生物數(shù)據(jù)庫。通過比對結(jié)果，可以鑒定樣品中存在的微生物種類。進(jìn)一步，可以使用分類工具（如SILVA,Greengenes,RDPclassifier）對鑒定出的物種進(jìn)行豐度統(tǒng)計和差異比較（如比較疾病組與健康組的物種豐度變化）。對于功能分析，可以將比對到非宿主基因上的序列進(jìn)行功能注釋，使用Kegg,COG,eggNOG等數(shù)據(jù)庫預(yù)測這些基因可能參與的代謝通路或生物學(xué)功能。特別地，可以通過差異基因/通路富集分析，識別在疾病狀態(tài)下顯著上調(diào)或下調(diào)的特定微生物功能。此外，