生物信息學考試復習

1、古A 名詞解釋1. 生物信息學：廣義是指從事對基因組研究相關的生物信息的獲取，加工，儲存，分配，分析和解釋。狹義是指綜合應用信息科學，數學理論，方法和技術，管理、分析和利用生物分子數據的科學。2. 基因芯片：將大量已知或未知序列的DNA片段點在固相載體上，通過物理吸附達到固定化（cDNA芯片），也可以在固相表面直接化學合成，得到寡聚核苷酸芯片。再將待研究的樣品與芯片雜交，經過計算機掃描和數據處理，進行定性定量的分析。可以反映大量基因在不同組織或同一組織不同發(fā)育時期或不同生理條件下的表達調控情況。3. NCBI：National Center for Biotechnology Informat

2、ion.是隸屬于美國國立醫(yī)學圖書館（NLM）的綜合性數據庫，提供生物信息學方面的研究和服務。4. EMBL：European Molecular Biology Laboratory.EBI為其一部分，是綜合性數據庫，提供生物信息學方面的研究和服務。5. 簡并引物：PCR引物的某一堿基位置有多種可能的多種引物的混合體。6. 序列比對：為確定兩個或多個序列之間的相似性以至于同源性，而將它們按照一定的規(guī)律排列。7. BLAST：Basic Local Alignment Search Tool. 是通過比對(alignment)在數據庫中尋找和查詢序列(query)相似度很高的序列的工具。8. O

3、RF：Open Reading Frame.由起始密碼子開始，到終止密碼子結束可以翻譯成蛋白質的核酸序列，一個未知的基因，理論上具有6個ORF。9. 啟動子：是RNA聚合酶識別、結合并開始轉錄所必須的一段DNA序列。原核生物啟動子由上游調控元件和核心啟動子組成，核心啟動子包括-35區(qū)（Sextama box）TTGACA，-10區(qū)（Pribnow Box）TATAAT，以及+1區(qū)。真核生物啟動子包括遠上游序列和啟動子基本元件構成，啟動子基本元件包括啟動子上游元件（GC島，CAAT盒），核心啟動子（TATA Box，+1區(qū)帽子位點）組成。10. motif：模體，基序，是序列中局部的保守區(qū)域，或

4、者是一組序列中共有的一小段序列模式。11. 分子進化樹：通過比較生物大分子序列的差異的數值重建的進化樹。12. 相似性：序列比對過程中用來描述檢測序列和目標序列之間相似DNA堿基或氨基酸殘基序列所占的比例。13. 同源性：兩個基因或蛋白質序列具有共同祖先的結論。14. 非編碼RNA：是指沒有編碼蛋白質功能的所有RNA，它缺乏ORF，常有編碼蛋白質的基因反義轉錄而來。15. miroRNA：是含有莖環(huán)結構的miRNA前體，經過Dicer加工之后的一類非編碼的小RNA分子（21-23 nt）。16.RNAi：是指在進化過程中高度保守的、由雙鏈RNA(double-stranded RNA，dsRN

5、A)誘發(fā)的、同源mRNA高效特異性降解的現象。是一種轉錄后水平的基因沉默（PTGS）B簡答題1.生物信息學研究內容。答：（1）生物信息的收集、存儲、管理和提供。（2）基因組序列信息的提取和分析。（3）功能基因組分析。（4）生物分子設計。（5）藥物設計。（6）生物信息分析的技術與方法研究。（7）應用與發(fā)展研究。（8）系統(tǒng)生物學研究。2.生物信息學的應用。答：（1）人類基因組計劃。（2）人類蛋白質組計劃。（3）新藥開發(fā)中的應用。（4）基因芯片。（5）醫(yī)學應用。3.已測序五個植物物種，屬名加種名。答：（1）Solanum tuberosum 馬鈴薯（2）Musa acuminata banana 香

6、蕉（3）Solanum lycopersicum 番茄（4）Zea mays 玉米（5）Oryza sativa 水稻（6）Arabidopsis thaliana 擬南芥（7）Vitis vinifera 葡萄（8）Brassica rapa 白菜4.已測序五個動物物種，屬名加種名。答：（1）Homo sapiens 人（2）Danio rerio 斑馬魚（3）Mus musculus 小鼠（4）Drosophila melanogaster 黑腹果蠅（5）Caenorhabditis elegans 秀麗隱桿線蟲（6）Felis catus 貓（7）Gallus gallus 雞（8）Ap

7、is mellifera 蜜蜂5.畫圖闡述原核生物基因結構。6.畫圖闡述真核生物基因結構。7.核酸序列分析的應用。答：（1）常規(guī)分析：A.核酸序列檢索B.核酸序列組分分析C.序列變換D.限制性酶切分析E.序列注釋（2）比對分析：A.BLAST比對 B.雙序列比對 C.多序列比對（3）基因結構的識別：A. ORF識別及其可靠性驗證 B.重復序列分析 C.非編碼區(qū)及啟動子分析 D.其它調控位點分析：a.轉錄因子結合位點分析 b.剪接位點分析。8.如何做比對分析（BLAST）？答：(1)進入NCBI主頁，點擊BLAST進入BLAST主頁。（2）選擇需要比對的類型 BLASTN BLASTP BLAS

8、TX tBLASTN tBLASTX （3）在序列框中輸入需要比對的序列。（4）選擇數據庫。（5）開始比對。9.基因結構識別包括哪些內容？答：（1）ORF識別及其可靠性驗證（2）非編碼區(qū)及啟動子區(qū)分析（3）基因組重復序列分析（4）其它調控位點分析：a.轉錄因子結合位點分析b.剪接位點分析。10.蛋白質序列的基本性質分析包括哪些內容？答：（1）理化性質分析（2）親水性/疏水性分析（3）跨膜區(qū)分析（4）信號肽預測（5）Coil區(qū)分析（6）亞細胞定位（7）結構功能域分析11.蛋白質空間結構怎么預測，二級/三級。答：（1）二級結構預測：使用SSPro 4.0或PORTER進行分析預測。（2）三級結構預

9、測：主要方法有同源模建、折疊識別和從頭預測。目前主要使用同源模建的方法來預測蛋白質三級結構，但是需要二個蛋白質序列同源性高于35%，低于30%結構不理想。具體步驟為，a.進入SWISS-MODEL主頁b.選擇Automated Mode進入c.在序列框中輸入蛋白質序列d.確認進行預測12.如何判斷一個新的基因？答：（1）從一個新蛋白質序列開始，通過tBLASTn搜索核酸數據庫，找到相應的匹配，如果是和DNA編碼的已知蛋白質匹配，則可能不是新的基因；但是如果找到與DNA編碼的相關蛋白質的匹配，則有可能是新的基因。（2）然后進一步通過BLASTx或BLASTp在核酸，蛋白數據庫中搜索DNA或蛋白質

10、序列來進一步確定新的基因。13.進化樹構建過程，方法。答：（1）進行多序列比對，確定序列之間的相似性。（2）選擇合適的建樹方法。a.序列有很高相似性時，選擇最大簡約法(MP)。b.序列較高的相似性時，選擇距離法，包括鄰接法(NJ)。c.序列相似性很低，選擇最大似然法(ML)。（3）使用軟件建樹。a.選擇MP法，使用PAUP、MEGA、或PHYLIP。b.選擇NJ法，使用PHYLIP、MEGA、或ClustalX。c.選擇ML法，使用PHYML或BioEdit。（4）用軟件評估進化樹。14.RNAi的原理。答：（1）外源進入生物體的雙鏈RNA（dsRNA）被一種核糖核酸酶Dicer所識別并將其切

11、割成2123nt的小干擾RNA（siRNA）。（2）這種siRNA可以被RISC（RNA誘導的沉默復合物）所識別并結合，進而使siRNA發(fā)生解旋和解鏈。（3）然后再siRNA反義鏈的引導下，尋找與siRNA具有同源序列的內源靶mRNA。（4）RISC與內源靶mRNA同源區(qū)進行特異性結合，并切割靶mRNA，導致轉錄后基因沉默。（5）siRNA不僅能引導RISC切割靶mRNA，而且可作為引物與靶mRNA結合并以mRNA為模板，在RdRP（RNA依賴的RNA聚合酶）作用下合成更多新的dsRNA，新合成的dsRNA再由Dicer切割產生大量次級siRNA，從而使RNAi的作用放大，最終將所有靶mRNA

12、降解，導致基因的完全沉默。15.RNAi載體構建過程。16.高效siRNA設計步驟。答：（1）靶基因鑒定（2）建立分析（3）序列過濾（4）序列翻譯分析（5）獲得序列（6）序列比對（7）選取序列（8）合成siRNA。17.給定miRNA序列，怎么研究其功能？答：（1）上調miRNA在細胞中的含量而獲得gain-of-function模型，具體可以將miRNA的前體序列或成熟序列克隆到專門表達短片段RNA的特殊載體中。（2）下調miRNA在細胞中的含量或直接抑制該miRNA的功能獲得loss-of-function模型。結合上調和下調結果可以確定基因的表達是否受到特定miRNA的調控。C論述題1.

13、構建表達載體：融合表達載體GUS GFP，并說明用途。答：A. GUS基因編碼-葡萄糖酸酶，能夠催化底物產生熒光物質或者藍色產物?？梢岳肎US基因與目的基因融合表達來篩選轉化子，也可用于外源基因表達產物在轉化生物體中的定位分析。B.GFP基因編碼綠色熒光蛋白，在紫外光照射下發(fā)出熒光?？梢岳肎FP基因和目的基因融合表達在熒光顯微鏡下觀察目的基因編碼蛋白的動態(tài)變化，篩選轉化子，也可用于外源基因表達產物的定位分析。C構建步驟：(1)對目的基因cDNA和GUS，GFP進行限制性酶切分析，找出目的基因編碼區(qū)，GUS基因編碼區(qū)，GFP編碼區(qū)中的酶切位點，排除這些酶切位點。（2）選擇合適的載體，如pET

14、系列（原核）或者pCAMBIA 系列（植物）等，并找出被排除以外的酶切位點，選擇3個酶切位點。（3）設計引物擴增目的基因，GUS基因，GFP基因，如果沒有選擇的酶切位點，則在引物中引入酶切位點。融合表達在前的基因終止密碼子在設計引物時去掉，二個基因連接區(qū)要保證引物擴增的產物不會破壞ORF框架即起始密碼子前擴增區(qū)段要保證為3聯(lián)體密碼。（4）先連接目的基因與GFP或者GUS，再將融合基因與載體連接。2.怎么樣降低，升高基因的表達。答：A.降低基因表達：設計siRNA干涉該基因的表達。步驟：（1）選擇欲干涉的靶基因的片段位置，并列出候選siRNA序列。（2）評估候選siRNA序列，如SNP，形式功能

15、，高級結構等。（3）進行BLAST比對，排除與非靶基因互補的候選siRNA序列。（4）從功能特異性角度出發(fā)，選擇最終siRNA序列。（5）合成siRNA，包括化學合成，體外轉錄，構建表達載體等。（6）轉入生物體內。（7）檢測干涉情況。B.升高基因表達：將該基因轉入含有病毒強啟動子的載體中使基因超表達。（以植物為例）步驟：（1）選擇超表達載體，即含有病毒強啟動子的表達載體。（2）對目的基因進行限制性酶切分析，排除目的基因編碼區(qū)具有的酶切位點，選擇合適載體具有的酶切位點。（3）設計引物擴增目的基因，引入酶切位點。（4）將目的基因連接到超表達載體上。（5）轉化，農桿菌轉染（植物）。（6）檢測表達情況。3.PCR引物設計的原則？答：（1）引物長度。1530bp。（2）引物的特異性。引物應在核酸序列保守區(qū)內設計。（3）引物的堿基分布。引物4種堿基分布隨機，3端避免出現3個以上連續(xù)的G或C。（4）引物的互補情況。避免引物二聚體和發(fā)夾結構的產生。（5）引物的修飾情況。引物5端加修飾，3端不能修飾。（6）產物的二級結構。引物設計避開DNA單鏈二級結構。（7）引物的GC含量。GC含量40%60%。（8）引物Tm值。Tm值72左右。（9）引物G值。引物3端G值較低，5、中間G值較高。（10）密碼子的簡并。3端不要終止在密碼子的第三位。4.一個未知基因的DNA序列，設計分析這個序