2025年大学《生物技术》专业题库- 高通量测序技术与基因编辑技术的结合

2025年大学《生物技术》专业题库——高通量测序技术与基因编辑技术的结合考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项字母填在题干后的括号内）1.下列哪一项不是高通量测序（HTS）相较于传统Sanger测序的主要优势？A.数据产出量巨大B.读取序列长度更长C.成本效益更高D.对样本类型要求更单一2.CRISPR-Cas9系统中，gRNA的关键功能是？A.提供DNA修复模板B.激活DNA复制C.定向引导Cas9蛋白至目标DNA序列D.切割RNA分子3.在利用流式细胞术联用测序（FACS-seq）筛选基因编辑阳性细胞时，主要检测的分子标记通常是？A.gRNA本身B.编辑后产生的特定DNA片段或RNAC.Cas9蛋白表达水平D.细胞表面抗原来4.基因编辑技术HTS组合应用中，构建带有报告基因的筛选系统的主要目的是？A.直接测序鉴定基因编辑效率B.通过报告基因表达变化判断基因功能C.提高gRNA的靶向特异性D.简化细胞培养条件5.如果想研究特定基因敲除对细胞转录组的影响，最直接的高通量测序技术是？A.基因芯片（Microarray）B.程序设计规则分析（PRRA）C.RNA测序（RNA-Seq）D.表观基因组测序（表观组学）6.基于二代测序数据的基因突变检测，通常需要用到哪种算法或软件工具？A.序列比对引擎（如BWA,Bowtie）B.变异检测工具（如GATK,FreeBayes）C.重复序列去除工具（如Trimmomatic）D.序列聚合工具（如Pegasus）7.基因编辑结合宏基因组测序，在哪些研究中具有独特优势？A.构建基因功能联系网络B.筛选特定基因编辑效率最高的菌株C.分析基因编辑对微生物群落结构的影响D.精确绘制微生物基因组序列8.以下哪项不属于基因编辑技术在农业领域结合高通量测序的应用范畴？A.筛选抗病作物品种的基因型B.测序分析转基因作物的外源基因插入位点及效应C.通过RNA-Seq分析基因编辑对作物抗逆性相关基因表达的影响D.直接用测序技术改良作物的表观遗传性状9.在进行基因编辑实验设计时，选择合适的DNA修复途径（NHEJvsHDR）主要取决于？A.gRNA的特异性B.希望产生的编辑结果（如点突变、插入、删除、替换）C.实验使用的细胞系类型D.测序平台的技术指标10.单细胞测序技术与基因编辑技术的结合，在基础生物学研究中最具潜力的应用方向是？A.大规模并行筛选药物分子B.解析复杂组织或疾病中细胞异质性及其遗传基础C.快速构建大量基因编辑细胞系库D.提高基因编辑操作的安全性评估效率二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上）1.高通量测序技术根据测序反应是在溶液中进行还是分別在固相载体上进行，主要可分为______测序和______测序两大类。2.CRISPR-Cas9系统中，负责识别并结合目标DNA序列的组件是______，而负责切割DNA的是______。3.通过高通量测序技术筛选基因编辑结果时，常用的计算生物学方法包括______、k-mer计数等。4.RNA测序（RNA-Seq）可以用于分析基因编辑对______和______等层面表达谱的影响。5.基因编辑结合蛋白质组测序，是研究基因功能的重要手段，其可以直接分析______的变化。6.在进行基因编辑实验前，对目标基因进行______预测对于选择合适的gRNA至关重要。7.基因编辑技术结合高通量测序在疾病研究中的应用，有助于解析______的复杂遗传基础。8.高通量测序数据通常具有______和______的特点，需要专门的生物信息学流程进行处理和分析。9.基因编辑技术的出现，极大地促进了高通量测序在______等领域的应用深度和广度。10.任何利用基因编辑和高通量测序技术的应用研究，都必须严格遵守相关的______和______。三、简答题（每小题5分，共15分）1.简述CRISPR-Cas9系统识别和切割目标DNA分子的基本过程。2.简要说明HTS技术在验证基因编辑实验结果中的至少三种不同应用方式。3.比较基因编辑结合HTS技术和传统方法（如转座子插入突变、显性负突变等）研究基因功能的异同点。四、论述题（共25分）结合具体的生物学研究实例，详细论述高通量测序技术与基因编辑技术如何相互结合，解决一个特定的生物学问题（例如：研究某个基因的功能、解析某个疾病的发病机制、筛选特定药物靶点等）。在论述中，应至少提及两种不同的结合策略或技术平台，并分析这种结合方式相比单独使用其中一种技术的优势所在。试卷答案一、选择题1.D2.C3.B4.B5.C6.B7.C8.D9.B10.B二、填空题1.边合成边测序，合成后测序2.gRNA，Cas9蛋白（或其复合物）3.变异检测（或叫基因分型）4.转录本（或RNA），蛋白质5.蛋白质组（或蛋白质种类/丰度）6.gRNA靶向效率（或gRNA效果）7.疾病（或复杂性状）8.海量（或大数据），高维度（或多维度）9.基因功能解析，疾病模型构建（或其他相关领域如作物改良等）10.伦理规范，法律法规三、简答题1.解析思路：首先说明gRNA作为向导，通过其N端与Cas9蛋白结合，C端complementary配对结合到目标DNA上的特定序列（PAM序列附近）。接着描述Cas9蛋白识别到gRNA与目标DNA形成稳定三链复合物后，其RuvC和HNH两个核酸酶结构域分别切割目标DNA的两个链，产生特定位点的双链断裂（DSB）。最后提及细胞会启动DNA修复机制（NHEJ或HDR），这个修复过程可能导致基因功能改变。2.解析思路：可以从筛选阳性克隆、鉴定突变类型、分析突变频率、研究编辑效率时空分布等多个角度展开。例如：①通过测序直接鉴定成功编辑（如出现预期突变、移码突变）的细胞或个体，筛选出阳性克隆进行后续研究；②对测序数据进行变异分析，不仅确认编辑位点的存在，还能鉴定出具体是哪种类型的突变（如点突变、小片段插入/删除）；③统计特定基因编辑事件在总细胞/个体中的比例，计算编辑效率；④结合空间信息（如空间转录组），分析基因编辑在不同组织区域或细胞类型的分布和效率差异。3.解析思路：先说明共同点：都是通过引入遗传变异来研究基因功能。然后从筛选效率、突变谱、时空控制、适用系统等方面比较差异。例如：HTS结合基因编辑（如CRISPR）筛选效率高、靶向性强、可精确构建特定突变体；但可能存在脱靶效应、对某些细胞类型或生物系统操作难度大。传统方法（如转座子）随机突变，筛选效率相对较低、突变谱广、可在某些无法设计gRNA的系统中使用；但突变位置随机，难以精确定位基因功能，且可能引入非特异性效应。HTS结合基因编辑提供更精准、高效的基因功能研究手段。四、论述题解析思路：本题需要构建一个完整的论述逻辑链。1.明确研究问题：选择一个具体的生物学问题，如“利用小鼠模型研究特定基因（例如Lgr5）在小肠干细胞自我更新中的作用”。2.引入基因编辑技术：提出使用CRISPR-Cas9技术精确敲除或敲入Lgr5基因。说明选择该技术的理由（如其高效、精确的编辑能力）。描述基本实验流程（设计gRNA，构建编辑载体，转染小鼠胚胎干细胞或直接胚胎注射，筛选阳性个体）。3.引入HTS技术（至少两种）：*结合策略一：HTS用于筛选和验证。在获得Lgr5基因编辑小鼠后，利用流式细胞术联用测序（FACS-seq）或空间转录组测序（ST-seq）等技术，检测编辑效率，并分析Lgr5基因敲除后对小肠组织细胞组成（如干细胞、分化细胞比例）和基因表达空间模式的影响。例如，通过FACS-seq分析特定表面标记（如CD31,Lgr5,SSEA-1）阳性细胞的频率变化，或通过ST-seq比较Lgr5野生型和突变型小鼠肠道不同区域的基因表达谱差异。*结合策略二：HTS用于功能关联分析。在获得Lgr5编辑小鼠的转录组数据（如RNA-Seq）后，利用生物信息学方法（如差异表达分析、共表达网络分析、PPI网络构建）筛选出与Lgr5功能相关的下游基因或信号通路。进一步可以通过过表达或敲低这些相关基因，结合测序技术（如RNA-Seq）验证它们在Lgr5功能调控中的作用。4.分析结合优势：强调这种结合方式的优势。例如：①基因编辑提供了研究Lgr5功能所必需的特定遗传背景（敲除或敲入模型），使得后续的HTS分析具有明确的目的性和针对性，结果更可信。②HTS技术（特别是FACS-