2025年大学《生物信息学》专业题库- 生物信息学解析基因突变与疾病关系

2025年大学《生物信息学》专业题库——生物信息学解析基因突变与疾病关系考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题1.下列哪种类型的点突变最有可能导致蛋白质功能改变？A.同义突变B.无义突变C.同源突变D.移码突变2.以下哪个数据库主要存储人类基因组序列信息？A.NCBIB.PDBC.UniProtD.GO3.下列哪个工具主要用于进行大规模基因组测序数据的变异检测？A.BLASTB.GATKC.ClustalWD.SIFT4.以下哪个工具主要用于预测单个核苷酸多态性(SNP)的致病性？A.PolyPhen-2B.EnsemblC.GATKD.Samtools5.以下哪个术语描述了基因突变导致蛋白质氨基酸序列发生改变？A.基因缺失B.移码突变C.同义突变D.密码子二、填空题1.基因突变是指____________的改变。2.生物信息学工具__________可用于在基因数据库中搜索特定基因序列。3.变异检测工具__________可用于识别基因组测序数据中的SNP和插入/缺失(indel)。4.功能预测工具__________可用于评估核苷酸多态性对蛋白质功能的影响。5.生物信息学方法可用于构建__________，以研究基因突变与疾病之间的关系。三、简答题1.简述点突变对蛋白质结构和功能的影响。2.简述生物信息学在遗传病诊断中的应用。3.简述CRISPR-Cas9技术在基因治疗中的应用。四、分析题1.假设你是一名生物信息学家，需要对一种遗传病的致病基因进行鉴定。你收集了该遗传病患者的基因组测序数据，并使用GATK工具进行了变异检测。结果显示患者在一个名为“BRCA1”的基因中存在一个罕见的SNP，该SNP位于基因的编码区。请运用你所学的生物信息学知识，分析该SNP是否可能是该遗传病的致病原因。你需要说明你的分析步骤和依据。2.假设你发现一种新的单基因遗传病，需要对其进行致病基因的鉴定和功能研究。请设计一个基于生物信息学方法的实验方案，并说明你的方案步骤和预期结果。试卷答案一、选择题1.B2.A3.B4.A5.B二、填空题1.基因序列2.BLAST3.GATK4.PolyPhen-25.疾病相关基因网络三、简答题1.点突变是指DNA序列中单个核苷酸的替换、插入或缺失。点突变对蛋白质结构和功能的影响取决于突变的类型和位置。同义突变通常不会改变蛋白质的氨基酸序列，因此对蛋白质功能影响较小。无义突变会导致提前终止密码子的出现，从而产生截短的、通常无功能的蛋白质。错义突变会导致一个氨基酸被另一个氨基酸替换，这可能会影响蛋白质的结构和功能，甚至导致疾病。移码突变会导致阅读框的改变，从而改变所有后续氨基酸的序列，通常会导致产生无功能的蛋白质。2.生物信息学在遗传病诊断中发挥着重要作用。通过全基因组测序(WGS)或全外显子组测序(WES)技术，可以鉴定患者基因组中的致病突变。生物信息学工具可以用于分析测序数据，识别与疾病相关的基因变异。此外，生物信息学还可以用于构建疾病相关基因数据库和预测模型，以辅助遗传病的诊断和风险评估。3.CRISPR-Cas9技术是一种强大的基因编辑工具，可用于治疗遗传病。该技术利用一段向导RNA(gRNA)和Cas9核酸酶来识别和切割特定的DNA序列。通过设计特定的gRNA，可以将Cas9导向目标基因，从而实现基因突变的修复、基因敲除或基因插入等操作。CRISPR-Cas9技术已在多种遗传病的治疗研究中取得进展，例如囊性纤维化、镰状细胞贫血和杜氏肌营养不良等。四、分析题1.分析该SNP是否可能是该遗传病的致病原因，需要进行以下步骤：a.查询SNP数据库，例如dbSNP，了解该SNP的常见性、功能预测信息（如PolyPhen-2或SIFT评分）和文献报道。b.比较患者和正常对照人群中该SNP的频率，如果患者群体中该SNP的频率显著高于正常对照群体，则该SNP可能与该遗传病相关。c.分析该SNP所在的基因功能，以及该SNP对蛋白质结构和功能可能的影响。d.检查该SNP是否位于基因的编码区，以及该编码区是否与蛋白质的功能域相关。e.如果条件允许，可以进行功能实验，例如细胞实验或动物模型，以验证该SNP的功能影响。根据以上分析结果，可以判断该SNP是否可能是该遗传病的致病原因。2.基于生物信息学方法的实验方案设计如下：a.收集遗传病患者的基因组测序数据，并使用变异检测工具（如GATK）进行SNP和indel的鉴定。b.筛选患者基因组中特有的或频率显著不同的变异，并进行功能预测，例如使用SIFT或PolyPhen-2评估变异的致病性。c.将功能预测结果较高的变异进行通路富集分析，以识别与疾病相关的生物学通路和功能模块。d.构建疾病相关基因网络，分析基因之间的相互作用和调控关系。e.验证生物信息学分析结果，例如通过实时荧光定量PCR(qPCR)或蛋白