2025年大学《生物信息学》专业题库- 病毒基因组的进化与生物信息学

2025年大学《生物信息学》专业题库——病毒基因组的进化与生物信息学考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项字母填入括号内）1.下列哪种病毒基因组结构通常使其能够快速产生变异并适应环境？(A)稳定不变的双链DNA(B)单链RNA，依赖RNA复制酶(C)双链RNA(D)线性单链DNA2.在构建病毒系统发育树时，选择合适的核苷酸替换模型对于获得准确进化关系至关重要。对于具有高变异率的病毒基因，哪种模型通常更适用？(A)Jukes-Cantor模型(B)Kimura2-parameter模型(C)GTR（一般时间替换）模型(D)Hasegawa-Kurimoto-Tanimoto模型3.当研究人员希望估计病毒种群在长时间内的平均进化速率时，他们通常会应用什么概念？(A)系统发育距离(B)分子时钟(C)贝叶斯推断(D)最大似然估计4.BLAST（基本局部对齐搜索工具）在病毒基因组研究中主要应用于？(A)构建精确的系统发育树(B)测序未知病毒基因组(C)查找特定病毒基因序列在数据库中的同源序列(D)计算基因组的平均变异率5.以下哪个数据库是专门收集和整理病毒基因序列及相关信息的综合性资源？(A)GenBank(B)UniProt(C)PDB（蛋白质数据银行）(D)ViPR（病毒病理资源）6.在病毒进化研究中，系统发育树的主要用途是？(A)推断病毒的致病性强度(B)展示病毒不同种类或基因之间的进化历史和亲缘关系(C)预测病毒未来的变异方向(D)计算病毒的传染率7.重组事件在病毒进化中扮演着重要角色，它最常发生在哪些类型的病毒之间？(A)同一种病毒的不同血清型(B)亲缘关系非常近的两种不同病毒(C)亲缘关系较远的两种不同病毒科(D)基因组结构完全不同的病毒8.利用生物信息学方法分析大量病毒测序数据，以追踪特定病毒（如流感病毒）的传播动态和变异模式，这种方法主要属于病毒基因组进化研究的哪个方面？(A)基础序列比对(B)进化模型构建(C)数据库资源利用(D)流行病学和比较基因组学研究应用9.贝叶斯进化分析相比传统的系统发育树构建方法，其主要优势在于？(A)能够直接计算进化速率(B)通常计算速度更快(C)可以同时估计参数并进行模型比较，并考虑参数的不确定性(D)只适用于核苷酸序列10.对于研究病毒耐药性进化，生物信息学分析可能关注哪些类型的基因组变异？(A)与病毒复制酶或离子通道蛋白相关的基因的氨基酸替换(B)中性进化突变(C)仅限于基因组5'端和3'端的变异(D)病毒包膜蛋白的糖基化位点变化二、简答题（每题5分，共25分。请将答案写在答题纸上对应位置）1.简述病毒基因组的多样性体现在哪些方面？2.解释什么是分子时钟假说，并简述其在病毒学研究中的应用。3.比较距离法和贝叶斯法在构建系统发育树时的主要思想区别。4.列举至少三种在生物信息学研究中可用于获取病毒基因序列的公共数据库。5.描述利用生物信息学方法分析病毒基因组变异对公共卫生监测可能带来的贡献。三、论述题（每题15分，共30分。请将答案写在答题纸上对应位置）1.详细阐述如何利用生物信息学工具和数据库，对一个新发现的病毒株进行初步的基因组特征分析、同源性搜索和进化关系判断。请描述大致的分析流程和可能使用的工具/数据库。2.讨论病毒基因组的重组和重配事件对病毒进化的影响。在生物信息学分析中，如何检测和评估病毒基因组数据中重组事件的存在及其潜在后果？试卷答案一、选择题（每题2分，共20分）1.(B)2.(C)3.(B)4.(C)5.(D)6.(B)7.(B)8.(D)9.(C)10.(A)二、简答题（每题5分，共25分）1.病毒基因组的多样性体现在：（1）核酸类型：DNA或RNA，单链或双链；（2）大小：差异很大，从几千个碱基对到几百个千个碱基对不等；（3）结构：线性或环状，有或无包膜；（4）基因数量和排列方式：不同病毒基因数量差异显著，基因排列顺序和调控机制也多种多样；（5）遗传变异速率：不同病毒基因组的变异速率差异很大。2.分子时钟假说认为：生物体基因序列的进化速率在长时间尺度上是相对恒定的。基于此，可以通过测量不同物种或病毒株之间基因序列的差异（如核苷酸或氨基酸替换数），来估算它们分化的时间。在病毒学研究中，常用于估计病毒种间分化时间、病毒起源时间或追踪病毒传播历史。3.距离法主要思想：首先计算所有序列对之间的进化距离（通常基于核苷酸替换速率），然后基于距离矩阵构建系统发育树，如邻接法（Neighbor-Joining）将距离最近的序列对连接，逐步合并构建树状结构。贝叶斯法主要思想：基于贝叶斯统计理论，利用先验信息和序列数据，通过马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）等算法迭代计算后验概率分布，直接估计系统发育树的概率分布，同时可以估计树的拓扑结构和进化参数（如速率）的不确定性。4.可用于获取病毒基因序列的公共数据库：（1）NCBIGenBank；（2）EMBL-EBINucleotideDatabase；（3）DDBJNucleotideDatabase；（4）ViPR(VirusPathogenResource)；（5）GISAID(GlobalInitiativeonSharingAvianInfluenzaData，也包含其他病毒数据)。5.利用生物信息学分析病毒基因组变异对公共卫生监测的贡献：（1）快速识别和命名新发病毒株；（2）追踪病毒传播路径和范围，了解疫情动态；（3）监测病毒关键基因（如刺突蛋白）的变异，评估其潜在的致病性变化和疫苗逃逸风险；（4）发现病毒耐药相关突变，指导抗生素或抗病毒药物的使用；（5）构建病毒进化谱系，为疫情防控策略提供科学依据。三、论述题（每题15分，共30分）1.分析流程：（1）序列获取与质量检查：从公共数据库（如NCBIGenBank）下载参考序列或相关病毒序列，使用工具（如FastQC）检查新测序病毒株序列的质量。（2）序列比对：使用多序列比对工具（如ClustalW,MUSCLE）将新序列与参考序列进行比对，确定其基因组大小、开放阅读框（ORFs）位置，初步判断基因组成。(3)同源性搜索：使用BLAST等工具将新序列在数据库中进行广泛搜索，查找具有高度相似性的序列，初步判断其分类地位和亲缘关系。(4)系统发育树构建：选择合适的进化模型（如GTR+Γ），使用系统发育树构建软件（如RAxML,IQ-TREE,MEGA）基于比对后的序列构建系统发育树。可以尝试不同的树构建方法（如距离法、最大似似然法、贝叶斯法）并比较结果。(5)结果分析：解读系统发育树，将新序列放置在树的适当位置，分析其与已知病毒株的亲缘关系，讨论其进化地位和可能的传播来源。结合其他信息（如地理来源、时间信息）进行综合判断。可能使用的工具/数据库：NCBIGenBank,EMBL-EBI,DDBJ,BLAST,ClustalW/MUSCLE,FastQC,RAxML/IQ-TREE/MEGA,ViPR。2.重组和重配对病毒进化的影响：病毒重组和重配是指不同病毒之间或同一病毒不同基因型之间发生基因交换的过程。这可以产生遗传多样性，可能产生具有新特性的病毒株（如新的抗原性、致病性或宿主范围）。重组可能是驱动病毒快速进化和适应环境的关键因素，可能导致大流行或新发传染病。重配在流感病毒等分节段病毒中尤其重要。生物信息学检测和评估方法：（1）序列比较和拼接：对比不同病毒株的基因序列，寻找存在“嵌合”特征的区域，即一段序列与病毒A相似，另一段与病毒B相似。可以使用序列拼接工具或手动比对分析。（2）系统发育树分析：在构建系统发育树时，如果某个病毒株的某些基因（或基因片段）的进化位置与其基因组其他部分或其他病毒株的相应部分不一致，可能暗示存在重组。可以构建单基因系统发育树与whole-genometree进行比较。（3）重组检测软件：使用专门的重组检测程序，如RDP（RecombinationDetectionProgram）、Bootscanning、Genemapper、GARD（GenomeAnalysisofRecombinationDistribut