2025年大學(xué)《生物信息學(xué)》專業(yè)題庫——基因組多樣性研究與生物信息學(xué)考試時(shí)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(xiàng)字母填入括號內(nèi)。）1.下列哪一項(xiàng)不屬于衡量種群基因多樣性的常用指標(biāo)？A.樣本大小B.群體雜合度C.陽性等位基因頻率D.遺傳距離2.在進(jìn)行大規(guī)?；蚪M重測序時(shí)，通常需要關(guān)注以下哪些技術(shù)指標(biāo)？（多選）A.讀取長度B.讀取質(zhì)量C.拷貝數(shù)變異D.填充率3.以下哪種生物信息學(xué)工具主要用于進(jìn)行SNP位點(diǎn)檢測和基因型Calling？A.BLASTB.MAFFTC.GATKD.Samtools4.進(jìn)行群體結(jié)構(gòu)分析時(shí)，主成分分析（PCA）主要解決了什么問題？A.檢測樣本之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系B.估計(jì)樣本的遺傳距離C.識(shí)別群體內(nèi)部的遺傳變異D.降維并可視化樣本在多個(gè)遺傳維度上的差異5.以下哪項(xiàng)技術(shù)通常不直接用于檢測種間遺傳差異？A.多序列比對B.系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建C.群體結(jié)構(gòu)分析D.中性進(jìn)化檢驗(yàn)6.在基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）中，我們通常希望檢測到的是：A.與復(fù)雜性狀顯著相關(guān)的極少數(shù)變異B.在群體中頻率非常低的罕見變異C.分布在整個(gè)基因組上的微弱關(guān)聯(lián)信號D.僅在特定家系中存在的變異7.以下哪種模型通常用于基于分子鐘推算物種間的進(jìn)化時(shí)間？A.網(wǎng)狀進(jìn)化模型B.簡單對稱分子鐘模型C.單倍型網(wǎng)絡(luò)分析D.隨機(jī)遺傳漂變模型8.對于來自不同物種的基因組DNA序列進(jìn)行比對，通常首選哪種比對策略？A.全長全局比對B.基于隱馬爾可夫模型（HMM）的比較C.基于系統(tǒng)發(fā)育樹的比對D.局部比對9.在進(jìn)行變異功能注釋時(shí)，GO富集分析主要目的是：A.識(shí)別基因組中重復(fù)存在的序列B.確定變異所在的基因或外顯子C.找出與特定生物學(xué)功能相關(guān)的基因集D.評估變異的致病性10.宏基因組學(xué)研究的核心目標(biāo)之一是：A.構(gòu)建特定環(huán)境樣品的完整基因組B.研究樣品中所有微生物的總DNA序列變異C.鑒定樣品中存在的所有微生物物種D.測序樣品中宿主細(xì)胞的mRNA轉(zhuǎn)錄本二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填入橫線處。）1.衡量一個(gè)群體內(nèi)部遺傳變異程度的主要指標(biāo)是__________。2.基因組多樣性研究的核心實(shí)驗(yàn)技術(shù)之一是__________測序。3.多序列比對的目標(biāo)是將來自不同物種的序列進(jìn)行對齊，以揭示其__________和__________。4.系統(tǒng)發(fā)育樹反映了生物體之間的__________關(guān)系。5.在群體遺傳學(xué)中，F(xiàn)st值常用于衡量不同群體間的__________。6.基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）中，常用的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法包括__________和__________。7.生物信息學(xué)分析流程通常包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、__________、結(jié)果解釋與驗(yàn)證等主要步驟。8.人類基因組計(jì)劃完成后，__________成為后續(xù)基因組研究的重要驅(qū)動(dòng)力。9.功能注釋的目的在于將生物信息學(xué)分析獲得的__________與已知的生物學(xué)信息聯(lián)系起來。10.基因組多樣性分析在作物育種中可用于__________和__________。三、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述PCR技術(shù)在基因組多樣性研究樣本制備中的應(yīng)用及其優(yōu)勢。2.解釋什么是多序列比對（MultipleSequenceAlignment,MSA），并說明其在基因組多樣性分析中的作用。3.描述群體結(jié)構(gòu)分析（PopulationStructureAnalysis）的基本原理及其在比較不同種群遺傳差異中的應(yīng)用。4.簡述生物信息學(xué)分析中，變異檢測（VariantCalling）和變異注釋（VariantAnnotation）的區(qū)別與聯(lián)系。四、論述題（每題10分，共30分。請結(jié)合所學(xué)知識(shí)，詳細(xì)闡述下列問題。）1.論述高通量測序技術(shù)（如WGS）在物種基因組多樣性研究中的應(yīng)用及其帶來的革命性變化。2.詳細(xì)說明進(jìn)行群體遺傳學(xué)分析（如群體結(jié)構(gòu)、分化程度、進(jìn)化歷史）時(shí)，選擇合適遺傳標(biāo)記（如SNP、SSR）和統(tǒng)計(jì)方法的重要性。3.以一個(gè)具體的實(shí)例（如作物抗病性、人類疾病關(guān)聯(lián)研究），闡述基因組多樣性分析如何為生物學(xué)研究和應(yīng)用提供重要信息。---試卷答案一、選擇題1.A2.A,B,D3.C4.D5.C6.C7.B8.B9.C10.B二、填空題1.群體雜合度2.全基因組（或WGS）3.同源性與差異性4.系統(tǒng)發(fā)育（或進(jìn)化）5.遺傳分化（或遺傳距離）6.Fisher精確檢驗(yàn)（或Chi平方檢驗(yàn)）7.變異8.基因組重測序（或后基因組時(shí)代）9.變異（或位置）10.種質(zhì)資源評價(jià)（或親本選擇）三、簡答題1.PCR技術(shù)通過特異性擴(kuò)增目標(biāo)DNA片段，可以富集包含遺傳變異位點(diǎn)的區(qū)域，提高后續(xù)測序的靈敏度和效率。其優(yōu)勢在于特異性強(qiáng)、靈敏度高、技術(shù)成熟、成本相對較低，能夠快速獲得目標(biāo)區(qū)域的遺傳信息，為多樣性分析奠定基礎(chǔ)。2.多序列比對（MSA）是將來自不同物種（或同一物種不同個(gè)體）的DNA、RNA或蛋白質(zhì)序列，按照其序列間的相似性和差異性進(jìn)行排列的過程。通過MSA，可以識(shí)別保守基序、推斷序列進(jìn)化關(guān)系、定義功能位點(diǎn)、進(jìn)行變異檢測和系統(tǒng)發(fā)育分析等，是基因組多樣性研究中的核心步驟。3.群體結(jié)構(gòu)分析利用群體中的遺傳標(biāo)記（通常是大量SNP）數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)方法（如PCA、ADMIXTURE）將樣本在遺傳維度上進(jìn)行降維和聚類，以可視化不同群體間的遺傳差異和樣本的群體歸屬。其應(yīng)用在于揭示物種的進(jìn)化歷史、種群分化事件、遷徙模式、混合現(xiàn)象等，有助于理解物種的遺傳多樣性和適應(yīng)性。4.變異檢測（VariantCalling）是指從高通量測序數(shù)據(jù)中識(shí)別出與參考基因組存在差異的位置（位點(diǎn)），并確定這些差異是SNP、Indel還是更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)變異。變異注釋（VariantAnnotation）是指將這些檢測到的變異位置映射到基因、外顯子、功能元件等生物學(xué)功能區(qū)域，并利用已知數(shù)據(jù)庫（如基因本體論GO、KEGG）信息，預(yù)測變異可能產(chǎn)生的影響（如功能喪失、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變等）。兩者聯(lián)系緊密，變異檢測是注釋的前提，注釋則為變異的功能和意義提供解釋。四、論述題1.高通量測序（WGS）技術(shù)能夠快速、低成本地獲取生物體整個(gè)基因組的DNA序列信息，極大地推動(dòng)了基因組多樣性研究。其革命性變化體現(xiàn)在：首先，使得對大量樣本進(jìn)行全基因組測序成為可能，從而能夠進(jìn)行大規(guī)模的群體比較研究；其次，揭示了傳統(tǒng)方法難以發(fā)現(xiàn)的復(fù)雜變異類型（如結(jié)構(gòu)變異）和豐富的遺傳多樣性；再次，促進(jìn)了多組學(xué)數(shù)據(jù)的整合分析，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組、表觀基因組等數(shù)據(jù)更全面地理解基因多樣性與表型的關(guān)系；最后，為物種鑒定、進(jìn)化關(guān)系構(gòu)建、種質(zhì)資源評價(jià)、疾病易感性研究等提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，加速了生物信息學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用。2.選擇合適的遺傳標(biāo)記和統(tǒng)計(jì)方法是進(jìn)行群體遺傳學(xué)分析的關(guān)鍵。合適的遺傳標(biāo)記應(yīng)具備高變異度（如大量SNP）、在基因組中分布均勻、符合中性進(jìn)化假設(shè)（或已進(jìn)行校正）、技術(shù)易于獲取且成本可控等特性。高變異度的標(biāo)記能提供更豐富的遺傳信息，從而更準(zhǔn)確地估計(jì)群體參數(shù)（如遺傳多樣性、分化程度）。統(tǒng)計(jì)方法的選擇則取決于研究目的：例如，PCA適用于探索樣本在多個(gè)遺傳維度上的主要差異，F(xiàn)st適用于衡量群體間的遺傳距離，而基于標(biāo)記連鎖不平衡（LD）的群體結(jié)構(gòu)分析方法（如ADMIXTURE）則能揭示樣本的混合歷史和群體分層。選擇不當(dāng)?shù)臉?biāo)記（如低變異度或偏分布）或統(tǒng)計(jì)方法（如違反模型假設(shè)）會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論，無法真實(shí)反映群體的遺傳結(jié)構(gòu)和歷史。3.以作物抗病性研究為例，基因組多樣性分析發(fā)揮著重要作用。首先，通過對大量抗病和感病品種（或種質(zhì)資源）進(jìn)行基因組重測序，可以鑒定與抗病性相關(guān)的關(guān)鍵基因或數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTL）。例如，通過GWAS分析，研究人員可能發(fā)現(xiàn)某個(gè)SNP位點(diǎn)與抗某種病害密切相關(guān)，并進(jìn)一步注釋該位點(diǎn)所在的基因，揭