2025年生物高通量测序笔试试卷及答案

2025年生物高通量测序笔试试卷及答案一、名词解释（每题4分，共20分）1.高通量测序（High-throughputsequencing）答案又称新一代测序（NGS），指能够一次并行对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定的技术总称，具有通量高、成本低、速度快的特点，可同时获得大量序列信息。2.测序深度（Sequencingdepth）答案指测序获得的总碱基数与目标基因组（或目标区域）大小的比值，反映每个碱基平均被测序的次数。例如全基因组测序深度30×表示平均每个碱基被测到30次。3.桥式PCR（BridgePCR）答案Illumina测序平台中在流动池表面进行的一种固相扩增方法，两端固定有接头的单链DNA片段弯曲成桥状与邻近引物杂交，经扩增后形成单分子来源的DNA簇，是后续边合成边测序的基础。4.可逆终止子（Reversibleterminator）答案在Illumina边合成边测序中使用的特殊dNTP，其3'-OH被可逆化学基团封闭，使每个合成循环只能延伸一个碱基；荧光基团和终止基团可被酶切除去，从而允许下一轮延伸。5.碱基识别（Basecalling）答案将测序过程中采集的荧光信号（或电信号）转换为对应碱基序列的过程，同时给出每个碱基的质量分数（如Q值），是测序仪数据输出的关键步骤。二、单项选择题（每题2分，共20分）1.Illumina测序中，可逆终止子dNTP的主要作用是？A.提高测序读长B.确保每个循环只延伸一个碱基C.防止DNA降解D.增加簇密度答案B解析可逆终止子dNTP的3'-OH被封闭，使聚合酶只能延伸一个碱基，保证同步合成和检测。2.以下哪个不属于主流高通量测序平台？A.IlluminaNovaSeqB.PacBioSequelC.OxfordNanoporeMinIOND.AppliedBiosystems3730xl答案D解析AppliedBiosystems3730xl是毛细管电泳Sanger测序仪，不属于高通量测序平台。3.FASTQ格式中每条记录由几行组成？A.2行B.3行C.4行D.5行答案C解析FASTQ每条记录包含4行：标识行、序列行、加号行、质量行。4.RNA-seq中通常将RNA反转录为cDNA后再测序，主要原因是？A.RNA不稳定，且主流测序平台以DNA为模板B.提高RNA产量C.去除rRNAD.增加测序读长答案A5.Phred质量分数Q30对应的碱基错误概率为？A.0.1%B.0.01%C.1%D.0.001%答案A解析Q=−106.检测基因组结构变异（SV）最常用的测序分析策略是？A.单细胞RNA-seqB.全基因组测序的读对（readpair）分析C.ChIP-seqD.16SrRNA扩增子测序答案B7.Illumina测序中，FlowCell上的DNA片段通过什么方式形成簇？A.乳液PCRB.桥式扩增C.滚环扩增D.连接介导扩增答案B8.关于全基因组测序的“测序深度”，下列描述正确的是？A.指被测序的基因组区域占基因组的比例B.指每个碱基平均被测序的次数C.指一次运行产生的读段总数D.指测序文库的浓度答案B9.以下哪项技术可产生超长读长，常用于基因组从头组装？A.IlluminaB.IonTorrentC.PacBioSMRTD.SOLiD答案C10.变异检测结果通常以哪种标准文件格式存储？A.FASTQB.BAMC.VCFD.BED答案C解析VCF（VariantCallFormat）用于存储SNP、Indel等变异位点信息。三、填空题（每空1分，共20分）1.Illumina测序的基本原理是________测序和________终止子技术。答案边合成边测序；可逆2.在Illumina平台中，DNA片段两端连接的________用于与流动池上的寡核苷酸互补，通过________形成DNA簇。答案测序接头（或接头）；桥式PCR3.Phred质量分数Q的计算公式为Q=−10答案碱基识别错误的概率4.高通量测序的原始数据通常以________格式存储，每条记录包含标识行、序列行、加号行和________行。答案FASTQ；质量分数（质量）5.在RNA-seq文库构建中，常用________法富集mRNA，或使用________法去除核糖体RNA。答案poly(A)富集（oligo-dT）；rRNA去除6.全基因组测序可检测的变异类型包括SNP、________、________和结构变异（SV）等。答案插入缺失（Indel）；拷贝数变异（CNV）7.在链特异性RNA-seq文库构建中，常用________酶处理以保留链信息，或在第二链合成中掺入________。答案尿嘧啶-DNA糖基化酶（UDG）；dUTP8.比对软件BWA中，常用于短读长比对的算法是________和________。答案BWA-MEM；BWA-backtrack（或BWA-aln）9.ChIP-seq分析中，通常需要设置__________样本作为对照，以消除背景噪音和假阳性。答案inputDNA（或IgG对照）10.长读长测序技术中，PacBio采用________测序，OxfordNanopore通过________进行测序。答案单分子实时（SMRT）；纳米孔11.在单细胞RNA测序中，每个细胞的cDNA需要添加独特的________和________，以区分细胞来源并校正扩增偏差。答案细胞条形码（cellbarcode）；唯一分子标识符（UMI）四、简答题（每题5分，共20分）1.简述Illumina高通量测序的基本流程（从文库构建到数据输出）。答案(1)文库构建：将基因组DNA或cDNA片段化，末端修复，加A尾，连接测序接头，PCR富集；(2)簇生成：将文库变性后注入流动池，通过桥式PCR形成单分子来源的DNA簇；(3)边合成边测序：利用可逆终止子dNTP和荧光标记，每循环延伸一个碱基，采集荧光信号；(4)数据输出：通过碱基识别将荧光信号转换为碱基序列和质量分数，生成FASTQ文件。2.简述FASTQ格式中质量分数的含义及Phred质量分数Q30对应的错误率。答案FASTQ质量行中的每个字符对应一个碱基的质量分数Q，反映该碱基识别错误的概率p，计算公式为Q=−103.简述RNA-seq数据分析的主要步骤。答案(1)质量控制：使用FastQC等工具评估原始数据质量，必要时去除接头和低质量读段；(2)比对：使用STAR、HISAT2等将读段比对到参考基因组或转录组；(3)定量：计算每个基因或转录本的表达量（如count、FPKM、TPM）；(4)差异表达分析：使用DESeq2、edgeR等寻找组间差异表达基因；(5)功能富集分析：对差异基因进行GO、KEGG等通路富集分析。4.列举评价高通量测序数据质量的至少3个指标，并简要说明。答案可列举：(1)Q20/Q30比例：表示高质量碱基占比，Q30比例越高越好；(2)GC含量：正常样本应接近参考基因组的GC比例，异常提示污染或文库偏差；(3)重复率：过高说明文库复杂度低或存在PCR重复；(4)接头污染比例：反映建库质量；(5)比对率：比对到参考基因组的读段比例，反映样本纯度和参考序列匹配程度。五、论述题（每题10分，共20分）1.试比较二代短读长测序（如Illumina）与三代长读长测序（如PacBio/OxfordNanopore）在技术原理、读长、通量、错误率及主要应用场景上的差异。•技术原理：Illumina基于桥式PCR和边合成边测序，使用可逆终止子dNTP，读长短（50-300bp）；PacBio采用单分子实时（SMRT）测序，边合成边测序无需扩增，读长可达10-25kb；ONT利用纳米孔电信号识别碱基，读长最长可达数百kb。•通量：Illumina通量极高，单次运行可产生数百亿到上万亿碱基，成本低；三代平台通量相对较低，PacBio单次运行数据量较小，ONT通量中等但灵活。•错误率：Illumina错误率低（<0.1%），且多为替换错误；PacBio原始错误率较高（约10-15%），但为随机错误，可通过CCS/HiFi产生高精度长读长；ONT原始错误率也较高（5-15%），但可校正。•应用场景：Illumina适合大规模基因组测序、RNA-seq、ChIP-seq、甲基化测序等短读长应用；三代长读长适合基因组从头组装、结构变异检测、复杂区域（重复序列、GC极端区）解析、全长转录本测序、单倍型分型等。2.结合实例论述高通量测序在肿瘤基因组学或微生物组研究中的应用价值，并指出面临的挑战。答案以肿瘤基因组学为例。高通量测序已广泛应用于肿瘤基因组学研究，如全基因组测序（WGS）、全外显子组测序（WES）、靶向测序、RNA-seq等，可系统检测肿瘤中的点突变、插入缺失、拷贝数变异、结构变异及基因融合等，用于驱动基因鉴定、分子分型、用药靶