2025年大学《化学生物学》专业题库- 细胞与发育生物学的前沿研究

2025年大学《化学生物学》专业题库——细胞与发育生物学的前沿研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的首字母填入括号内。）1.下列哪种信号通路在调控胚胎后端发育和尾部形成中起关键作用？(A)Notch(B)Hedgehog(C)Wnt(D)FGF2.CRISPR-Cas9技术在细胞与发育生物学研究中的一项主要优势是？(A)能够精确靶向基因组任何位置并进行基因敲除(B)操作简单，不需要设计引物(C)可用于绘制完整的蛋白质相互作用网络(D)能够直接逆转表观遗传沉默3.在发育过程中，维持细胞干性状态的关键因素通常不包括？(A)高水平的信号通路激活（如Notch,Wnt）(B)表观遗传沉默（如DNA甲基化，H3K27me3）(C)持续的细胞分裂能力(D)对特定分化诱导因子的绝对抵抗4.以下哪项技术能够提供组织或器官内不同细胞类型的基因表达信息，同时保留其空间位置？(A)基因芯片（Microarray）(B)单细胞RNA测序（scRNA-seq）(C)空间转录组测序（SpatialTranscriptomics）(D)染色质可及性测序（ATAC-seq）5.在化学生物学研究中，利用小分子化合物通过遗传筛选（GeneticScreening）来寻找调控特定发育过程的基因或通路被称为？(A)基因编辑(B)化学遗传学（Chemogenetics）(C)表观遗传调控(D)光遗传学6.秀丽隐杆线虫（*C.elegans*）作为模式生物研究发育生物学的一个主要优势是？(A)发育周期极短（约3天）(B)拥有复杂的神经系统(C)基因组与人类高度相似(D)可进行大规模高通量筛选7.下列哪种分子通常作为细胞骨架的锚定点，参与细胞粘附和信号转导？(A)转录因子(B)整合素（Integrin）(C)microRNA(D)组蛋白8.胚胎干细胞（ESC）与多能诱导干细胞（iPSC）在发育潜能上的主要区别在于？(A)ESC来源于胚胎，iPSC来源于体细胞(B)iPSC可能带有遗传学背景风险(C)ESC具有完全的自我更新和分化潜能，iPSC潜能可能受限(D)ESC不可用于再生医学研究，iPSC可以9.以下哪项描述是表观遗传调控在发育中的功能？(A)通过改变DNA序列来永久性地调控基因表达(B)通过改变染色质结构来影响基因的可及性，从而调控基因表达(C)直接合成RNA分子来抑制基因表达(D)通过改变细胞膜的通透性来影响信号转导10.光遗传学技术结合了哪些领域的知识？(A)基因工程与光学工程(B)药物化学与生物信息学(C)细胞生物学与免疫学(D)神经科学与环境科学二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填入横线上。）1.信号转导通路中的__________蛋白负责将细胞外信号传递到细胞核内，影响基因表达。2.__________是一种通过调控组蛋白修饰来维持基因表达状态的可遗传机制。3.利用基因编辑技术精确修饰特定基因座，同时引入可检测标记（如荧光蛋白），是研究发育过程中细胞谱系追踪的一种有效策略。4.在化学生物学研究中，高通量筛选平台（High-ThroughputScreening,HTS）被用于快速筛选能够影响特定生物学过程的__________。5.__________是一种仅表达于特定细胞类型或组织中的转录因子，其表达模式对维持组织特异性和功能至关重要。6.干细胞在分化过程中，其__________________________会发生变化，导致基因表达谱的重塑。7.细胞分化是指__________________________的细胞在形态、结构和功能上发生稳定性差异的过程。8.__________是一种通过光照来精确控制神经元活动或细胞行为的技术，常用于研究神经回路功能。9.__________是一种包裹有外源DNA或RNA的小囊泡，由细胞释放，可介导细胞间的物质传递。10.__________是指在发育过程中，由一个或少数细胞分裂衍生出的所有后代细胞所组成的细胞群。三、简答题（每题5分，共20分。请简洁明了地回答下列问题。）1.简述Notch信号通路在细胞通讯和发育决策中的作用机制。2.简要说明表观遗传修饰（选择一种，如DNA甲基化或组蛋白修饰）如何影响基因表达。3.单细胞测序技术相比传统组织测序，在研究发育生物学方面有哪些主要优势？4.化学生物学如何为开发针对发育异常相关疾病（如肿瘤）的新疗法提供思路？四、论述题（每题10分，共30分。请结合化学生物学的视角，深入分析和阐述下列问题。）1.论述基因编辑技术（如CRISPR-Cas9）在解析发育过程中特定基因功能方面的潜力与挑战。2.结合一个具体的发育过程（如神经管的闭合、心脏的形成等），详细说明细胞信号转导网络如何协调细胞行为以实现精确的组织构建。3.阐述化学生物学方法（如化学遗传学、小分子药物筛选）在研究干细胞分化调控和再生医学应用中的关键作用，并讨论当前面临的主要挑战。试卷答案一、选择题1.(B)2.(A)3.(D)4.(C)5.(B)6.(A)7.(B)8.(A)9.(B)10.(A)二、填空题1.信号转导2.表观遗传3.基因编辑4.先导化合物5.调控基因6.表观遗传状态7.多能8.光遗传学9.外泌体10.谱系三、简答题1.答案：Notch信号通路通过细胞膜上的Notch受体与邻近细胞分泌的Notch配体（如Delta,Jagged）结合。结合后，Notch受体发生裂解，其胞质域（NICD）移位至细胞核，与转录因子RBP-Jκ结合，形成复合物进入染色质，激活下游靶基因（如Hes、Hey家族）的转录。这些靶基因的产物参与调控细胞命运决定、细胞增殖、分化和凋亡等关键发育过程。解析思路：考察对Notch通路核心分子（受体、配体、关键胞质和胞核组分、下游靶基因）及其基本作用流程的理解。需要阐述从配体结合到基因转录激活的完整信号转导步骤。2.答案：以DNA甲基化为例。DNA甲基化主要发生在CpG二核苷酸的胞嘧啶上，由DNA甲基转移酶（DNMTs）催化。甲基化的DNA碱基（5mC）可以招募组蛋白去乙酰化酶等抑制性蛋白质，导致染色质构型变紧（异染色质化），使相关基因难以被转录因子结合和RNA聚合酶识别，从而抑制基因表达。反之，去甲基化通常与基因激活相关。这种机制不改变DNA序列，但可遗传给子细胞，在发育过程中维持基因表达模式的稳定性。解析思路：要求选择一种表观遗传修饰（填空题已给出DNA甲基化），并解释其如何影响染色质结构和基因表达。关键在于阐述甲基化/去甲基化与染色质状态（紧密/松散）以及基因表达调控（抑制/激活）之间的因果关系。3.答案：单细胞测序技术能够解析组织或器官中每个细胞的基因表达谱，克服了传统组织测序无法区分细胞异质性的局限。在发育生物学中，它有助于：1)揭示发育过程中细胞类型分化的动态过程和精细的转录组特征；2)识别不同发育阶段的稀有细胞类型或祖细胞；3)解析复杂组织（如肿瘤微环境）中不同细胞类型的相互作用；4)构建细胞谱系关系，理解发育决策的分子基础。解析思路：考察对单细胞测序技术核心优势（分辨细胞异质性）及其在发育生物学研究中具体应用的理解。需要列举至少2-3个主要优势点和具体应用场景。4.答案：化学生物学通过研究细胞信号通路、基因调控网络等分子机制，可以识别参与发育异常（如肿瘤发生具有多能性、异常增殖和分化能力）的关键分子靶点。化学遗传学方法（如利用小分子工具激活或抑制特定信号通路）可以用于筛选能够逆转这些异常状态的化合物，这些化合物有潜力开发成靶向治疗药物。此外，理解发育过程中的表观遗传调控也为开发靶向表观遗传异常的癌症疗法提供了理论基础。解析思路：考察将化学生物学知识与发育异常疾病（以肿瘤为例）治疗联系起来思考的能力。需要阐述如何利用化学生物学手段发现靶点，以及如何应用化学生物学工具（如化学遗传学）进行药物开发。四、论述题1.答案：潜力：CRISPR-Cas9技术具有高效、精确、可编辑位点灵活、成本相对较低等优点。在发育生物学中，它可以用于：1)条件性敲除或敲入特定基因，研究其在特定时间或空间下的作用；2)创建定点突变，解析基因功能的关键位点；3)研究基因互作网络；4)在干细胞模型中模拟遗传疾病，用于药物筛选。挑战：1)脱靶效应（编辑非预期位点）的风险；2)基因编辑的不可逆性及其在活体中的长期影响；3)在复杂的多细胞生物体中实现精确的时空控制仍具挑战；4)伦理问题；5)如何将编辑后的细胞有效且安全地应用于再生医学。解析思路：要求全面讨论CRISPR技术的优势（如何帮助研究发育）和劣势（研究中的限制和风险）。需要从技术本身（效率、精度、脱靶）、生物学应用（研究基因功能、模拟疾病）、实际操作（时空控制）和伦理等方面进行阐述。2.答案：细胞信号转导网络在发育中的核心作用是协调细胞间的通讯与响应，从而精确调控细胞行为，实现复杂的组织构建。例如，在神经管闭合过程中，表皮细胞产生的BMP信号通过缝隙连接传递到下方的神经管细胞，抑制其增殖并诱导分化。同时，神经管内部细胞分泌Shh信号，形成_gradients（梯度），引导细胞分化命运（如分化为感光神经元或神经节）。Notch信号通路在边界细胞的命运决定中起关键作用。这些信号通路相互交织，整合来自不同来源的信号，通过激活或抑制下游转录因子，精确控制细胞的增殖、迁移、分化、凋亡和形态发生，最终形成完整的神经管结构。发育过程就是一系列精确调控的细胞行为按照特定时空顺序执行的结果，而信号转导网络是实现这种精确调控的分子基础。解析思路：要求结合具体实例（神经管闭合），详细阐述信号通路如何通过分子机制（配体、受体、信号级联、转录调控、梯度形成等）协调不同细胞的行为（增殖、分化、迁移等），最终实现特定的组织结构形成。需要体现信号的整合、梯度的形成以及网络调控的复杂性。3.答案：化学生物学在研究干细胞分化调控和再生医学中扮演着核心角色。首先，通过基因组学、转录组学和蛋白质组学等化学生物学方法，研究人员可以解析干细胞分化的分子调控网络，识别关键转录因子、信号通路和表观遗传标记。其次，化学遗传学方法（如使用小分子诱导剂或抑制剂）被用于精确定时和导向干细胞分化，这对于生产特定类型的细胞用于治疗至关重要。此外，高通量药物筛选平台被用于发现能够促进或抑制干细胞自我更新和分化的化合物，这些化合物有望成为再生医学中的