2025年现代遗传试题及答案

2025年现代遗传试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.关于CRISPR-Cas12a系统的特点，以下描述错误的是：A.切割DNA后产生黏性末端B.依赖PAM序列为TTTV（V为A/C/G）C.可同时加工多个gRNAD.对单链DNA的切割活性低于Cas9答案：D（Cas12a对单链DNA的切割活性高于Cas9，具有“顺式切割”和“反式切割”双重活性）2.表观遗传修饰中，5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）主要由哪种酶催化提供？A.DNA甲基转移酶（DNMT）B.四氢叶酸还原酶（TET）C.组蛋白去乙酰化酶（HDAC）D.组蛋白甲基转移酶（HMT）答案：B（TET酶通过氧化5-甲基胞嘧啶提供5hmC，是DNA去甲基化的中间产物）3.在群体遗传学中，若某常染色体显性遗传病的致病基因频率为0.01，且外显率为80%，则人群中该病的表现型频率约为：A.0.016B.0.008C.0.02D.0.004答案：A（显性遗传病表现型频率≈2pq×外显率，p≈0.01，q≈0.99，2pq≈0.0198，乘以80%得0.01584≈0.016）4.线粒体DNA（mtDNA）的遗传特征不包括：A.母系遗传B.异质性C.高突变率D.遵循孟德尔分离定律答案：D（mtDNA为母系遗传，无同源染色体配对，不遵循孟德尔定律）5.三代测序技术（如PacBioSMRT）的核心优势是：A.测序成本低B.读长可达数十kb甚至Mb级C.错误率低于一代测序D.适合检测单核苷酸多态性（SNP）答案：B（三代测序读长优势显著，单分子实时测序避免PCR扩增偏差，但错误率较高，主要用于复杂区域组装）6.某基因的启动子区存在CpG岛高甲基化，通常会导致：A.基因转录激活B.基因转录抑制C.组蛋白乙酰化水平升高D.DNA解旋酶活性增强答案：B（启动子区CpG岛高甲基化会招募甲基结合蛋白，阻碍转录因子结合，抑制基因表达）7.在连锁不平衡（LD）分析中，以下哪种情况会导致LD值降低？A.群体经历瓶颈效应B.基因间重组率增加C.选择压力维持有利单倍型D.群体有效大小（Ne）减小答案：B（重组会打破原有单倍型，降低LD；瓶颈效应、选择压力和小Ne会维持或增强LD）8.基因编辑中，“碱基编辑”技术（BaseEditing）与传统CRISPR-Cas9的主要区别是：A.无需Cas蛋白参与B.不产生DNA双链断裂（DSB）C.只能编辑胞嘧啶（C）D.仅适用于原核生物答案：B（碱基编辑通过脱氨酶直接修饰单碱基，无需DSB，减少非同源末端连接（NHEJ）导致的随机插入/缺失）9.多基因病的遗传度（h²）是指：A.环境因素对表型变异的贡献比例B.遗传因素对表型变异的贡献比例C.致病基因的显性程度D.家系中患者的性别比例答案：B（遗传度h²=遗传方差/表型总方差，反映遗传因素在表型变异中的作用）10.以下哪种技术可用于检测染色体非整倍体（如21三体）？A.荧光原位杂交（FISH）B.实时荧光定量PCR（qPCR）C.染色质免疫共沉淀（ChIP）D.酵母双杂交（Y2H）答案：A（FISH通过特异性探针杂交可直接观察染色体数目异常；qPCR可定量但需结合标准曲线，ChIP用于蛋白-DNA互作，Y2H用于蛋白互作）二、填空题（每空1分，共20分）1.CRISPR-Cas系统中，______负责识别并结合PAM序列，______结构域负责切割DNA双链。（答案：REC结构域；HNH和RuvC）2.表观遗传调控的主要方式包括DNA甲基化、______、______和非编码RNA调控。（答案：组蛋白修饰；染色质重塑）3.群体遗传学中，哈迪-温伯格定律的前提条件包括大群体、______、无突变、无迁移和______。（答案：随机交配；无自然选择）4.线粒体病的分子诊断通常需检测mtDNA的______（如点突变）和______（如大片段缺失）。（答案：点突变；拷贝数变异）5.三代测序中的“环形一致性测序（CCS）”通过______技术降低错误率，适用于______（如SNP）的准确检测。（答案：多次测序同一环状DNA分子；短读长高准确性需求）6.基因治疗中，腺相关病毒（AAV）载体的优点是______和______，但缺点是包装容量较小（约4.7kb）。（答案：低免疫原性；长期表达）7.复杂性状的遗传分析中，全基因组关联研究（GWAS）的主要统计方法是______，其核心是寻找______与表型的关联。（答案：卡方检验或线性回归；单核苷酸多态性（SNP））8.植物表观遗传中，______（如玉米Ac/Ds转座子）的激活与DNA去甲基化相关，可导致______（如花色变异）。（答案：转座子；表型不稳定）9.遗传病的产前诊断技术包括______（如羊水穿刺）和______（如母血游离胎儿DNA检测）。（答案：侵入性取样；非侵入性取样）10.合成生物学中，“基因回路”的设计需考虑______（如启动子强度）和______（如转录因子活性）的动态平衡。（答案：元件强度；调控网络）三、简答题（每题8分，共40分）1.简述CRISPR-Cas9系统的脱靶效应机制及优化策略。答：脱靶效应指Cas9/gRNA复合体切割非目标位点的现象，机制包括：①gRNA与非靶位点部分互补（如前间隔序列邻近基序（PAM）附近错配容忍度高）；②Cas9蛋白对gRNA的识别特异性不足；③细胞内gRNA和Cas9浓度过高，增加非特异性结合。优化策略：①设计高特异性gRNA（如使用脱靶预测软件筛选）；②使用截短型gRNA（tru-gRNA）减少错配结合；③开发高保真Cas9变体（如eSpCas9、SpCas9-HF1）降低非特异性切割；④控制gRNA和Cas9的表达量（如使用诱导型启动子）。2.表观遗传修饰如何参与癌症的发生发展？请举例说明。答：表观遗传异常是癌症的重要特征，主要通过以下途径：①抑癌基因启动子区CpG岛高甲基化（如p53、BRCA1），导致基因沉默，失去对细胞周期的调控；②组蛋白修饰异常（如组蛋白H3K27三甲基化（H3K27me3）升高抑制抑癌基因，或H3K4me3降低减少原癌基因表达）；③非编码RNA（如miRNA-15a/16-1）甲基化导致表达下调，无法抑制BCL2等促癌基因。例如，结直肠癌中MLH1基因启动子甲基化导致DNA错配修复功能丧失，引发微卫星不稳定（MSI），促进肿瘤进展。3.比较连锁分析（LinkageAnalysis）与关联分析（AssociationAnalysis）的异同。答：相同点：均用于定位致病基因或性状相关位点；基于遗传标记与目标位点的共分离/共关联。不同点：①研究对象：连锁分析基于家系（尤其是大的多代家系），关联分析基于无关个体（群体）；②分辨率：连锁分析分辨率低（受限于家系重组事件），关联分析分辨率高（利用群体历史重组）；③适用性状：连锁分析适用于单基因病（孟德尔性状），关联分析适用于多基因病（复杂性状）；④统计方法：连锁分析使用LOD分数（优势对数），关联分析使用卡方检验或线性混合模型。4.线粒体遗传病的遗传特征及诊断要点有哪些？答：遗传特征：①母系遗传（mtDNA仅由母亲传递）；②异质性（同一细胞中野生型和突变型mtDNA共存）；③阈值效应（突变型mtDNA比例超过阈值才表现症状）；④组织特异性（高能量需求组织如脑、肌肉更易受累）。诊断要点：①临床表型（如肌病、脑病、视网膜病变）；②家系调查（母系传递模式）；③生化检测（线粒体呼吸链酶活性降低）；④分子检测（mtDNA测序或拷贝数分析，检测点突变、缺失或重复）；⑤功能验证（如将患者mtDNA导入ρ0细胞构建胞质杂种细胞，观察表型恢复）。5.三代测序技术（如PacBioSMRT和OxfordNanopore）在复杂基因组组装中的优势体现在哪些方面？答：优势包括：①超长读长（SMRT可达数万bp，Nanopore可达Mb级），可跨越高度重复序列（如着丝粒、端粒）和高GC/AT区域，解决一代/二代测序因短读长导致的组装断裂问题；②无需PCR扩增，避免扩增偏好性和错误引入，更真实反映基因组原始状态；③直接检测碱基修饰（如SMRT通过动力学信号识别甲基化，Nanopore通过电流变化区分修饰碱基），可同时解析表观基因组；④对结构变异（如倒位、易位、大片段插入/缺失）的检测能力强，短读长技术易遗漏的复杂变异可被准确捕获。四、论述题（每题10分，共20分）1.设计一个实验方案，验证某新基因（命名为GXY1）在小鼠胚胎发育中的功能。要求结合分子生物学、遗传学和表型分析技术。答：实验方案如下：（1）基因表达模式分析：①通过RT-PCR和qPCR检测GXY1在小鼠不同发育阶段（E7.5、E10.5、E13.5等）各组织中的mRNA表达水平；②利用原位杂交（ISH）确定GXY1在胚胎中的空间表达定位（如神经嵴、肢芽等）；③通过Westernblot或免疫组化（IHC）检测GXY1蛋白的表达时序和组织分布。（2）基因功能敲减/敲除模型构建：①构建GXY1条件性敲除小鼠（如利用Cre-LoxP系统，与组织特异性Cre工具鼠交配），或使用CRISPR-Cas9技术构建全身敲除小鼠；②构建GXY1过表达小鼠（如通过转基因技术将GXY1cDNA插入Rosa26位点，用泛素启动子驱动）。（3）表型分析：①观察敲除/过表达小鼠的存活率、出生率和形态异常（如腭裂、心脏缺损）；②通过组织学染色（HE染色）分析胚胎各器官发育缺陷（如神经管闭合不全）；③利用扫描电镜或Micro-CT观察细微结构异常（如骨骼发育不全）；④检测相关信号通路标志物（如Wnt、Notch通路关键基因的表达变化，通过RNA-seq或PCR阵列）。（4）功能互补实验：将人源GXY1cDNA导入敲除小鼠胚胎（如通过胚胎注射），观察表型是否恢复，验证功能保守性。（5）机制探讨：①通过Co-IP（免疫共沉淀）和质谱分析筛选GXY1互作蛋白；②利用ChIP-seq或ATAC-seq分析GXY1是否作为转录因子调控下游靶基因；③结合单细胞RNA-seq分析敲除小鼠胚胎细胞的分化轨迹，确定GXY1影响的关键细胞谱系。2.结合多组学数据（基因组、转录组、表观组）解析复杂性状（如糖尿病）的遗传机制，需考虑哪些关键问题？请提出分析策略。答：关键问题及策略如下：（1）数据整合的异质性：不同组学数据（如SNP、mRNA表达、DNA甲基化）的检测平台、样本量和标准化方法不同，需统一质量控制（如过滤低置信度位点、标准化表达量），并使用多组学整合工具（如MOFA、iCluster）进行降维或联合建模。（2）因果关系推断：需区分关联信号的因果性（如SNP→甲基化→表达→表型的调控链）。策略：①使用孟德尔随机化（MR）分析，以SNP为工具变量，推断表观修饰或基因表达对表型的因果效应；②构建调控网络（如通过WGCNA加权基因共表达网络分析），结合表达数量性状位点（eQTL）和甲基化数量性状位点（meQTL）数据，识别核心调控节点。（3）组织特异性：复杂性状（如糖尿病）涉及多个组织（胰腺、肝脏、脂肪），需优先选择疾病相关组织的多组学数据（如胰岛β细胞的转录组、肝脏的表观组）。策略：①使用组织特异性eQTL（ts-eQTL）分析，筛选仅在特定组织中起作用的调控位点；②结合单细胞测序数据，解析不同细胞亚群的异质性调控机制（如α细胞与β细胞的差异表达基因）。（4）环境因素交互作用：遗传效应可能受环境（如饮食、肥胖）影响。策略：①在关联分析中加入环境变量作为协变量（如BMI、糖化血红蛋白）；