南昌大学系统生物学复习资料

系统生物学复习题一、名词解释同源性（homology）：进化过程中源于同一祖先的分支之间的关系。在进化上或个体发育上的共同来源而呈现的本质上的相似性，但其功能不一定相同。直系同源：指的是不同物种之间的某一部分具有的同源性，不是整个物种之间的对比，只是其中的某些基因序列例如蛋白质的同源性，DNA序列的同源性。并系同源：同一个基因组中有不同功能的同源基因，通过基因组、基因复制等过程形成。分子钟：单位时间内同源蛋白质氨基酸顺序或DNA核甘酸序列取代的比率有根树和无根树：有根树是具有方向的系统发生树（phylogenetictree），包含唯一的节点，将其作为树中所有物种的最近共同祖先。把有根树去掉根即成为无根树。无根树是没有方向的，其中线段的两个演化方向都有可能。分子系统树：根据生物大分子的序列资料建立起来的、用图解法表示的、类似树状的分子进化模型。分子进化（molecularevolution）:生物进化过程中生物大分子的演变现象。主要包括蛋白质分子的演变、核酸分子的演变和遗传密码的演变。同源性搜索（Blast）：应用最广泛的序列相似性搜索工具。NCBI：美国国立生物信息中心。全球最大的生物信息资源中心序列比对（alignment）：为确定两个或多个序列之间的相似性以至于同源性，而将它们按照一定的规律排列。分子系统学：通过对生物大分子（蛋白质、核酸等）的结构、功能等的进化研究，来阐明生物各类群（包括已绝灭的生物类群）间的谱系发生关系的一门学科。转导：由噬菌体将一个细胞的基因传递给另一细胞的过程。它是细菌之间传递遗传物质的方式之一。非编码RNA：除mRNA外的其他所有RNA（不参与编码蛋白质的RNA）。snRNA基因：核内小RNA，它是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体的主要成分。两点杂交：是基因定位最基本的一种方法，它首先通过一次杂交和一次用隐性亲本测交来确定两对基因是否连锁，然后再根据交换值来确定它们在同一染色体上的位置。密码子偏爱：不同生物对编码同一氨基酸的不同密码子使用频率不同。转录组：广义上指某一生理条件下，细胞内所有转录产物的集合，包括信使RNA、核糖体RNA、转运RNA及非编码RNA；狭义上指所有mRNA的集合。基因组：一套染色体中的完整的DNA序列，包括其全部的遗传信息。RFLP：指基因型之间限制性片段长度的差异，这种差异是由限制性酶切位点上碱基的插入、缺失、重排或点突变所引起的。启动子：位于结构基因5'端上游的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确的结合并具有转录起始的特异性。基因岛：是有横向起源迹象的一部分基因组。一个基因岛可以与多种生物功能相关，能与共生或病原机理相关，与生物体的适应性相关等。snoRNA基因：是最早在核仁发现的小RNA，称作小核仁RNA，最初发现它们的生物功能是用来修饰rRNA的。MicroRNA：是一类21~23nt的小RNA，其前体大概是70~100nt左右，形成标准的stem结构，加工后成为21~23nt的单链RNA。microRNA的作用机制是与mRNA互补，让mRNA沉默或者降解。孟德尔第一定律：又称分离定律，在生物体的细胞中，控制同一性状的遗传因子成对存在，不相融合;在形成配子时，成对的遗传因子发生分离，分离后的遗传因子分别进入不同的配子中，随配子遗传给后代。蛋白酶体：是在真核生物和古菌中普遍存在的，在一些原核生物中也存在的一种巨型蛋白质复合物。在真核生物中，蛋白酶体位于细胞核和细胞质中。主要作用是降解细胞不需要的或受到损伤的蛋白质。开放阅读框：是基因序列中的一段无终止序列打断的碱基序列，可编码相应的蛋白。质粒：存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子。内含子：断裂基因的非编码区，可被转录，但在mRNA加工过程中被剪切掉，故成熟mRNA上无内含子编码序列。细菌人工染色体：是指一种以F质粒(F-plasmid)为基础建构而成的细菌染色体克隆载体，常用来克隆150kb左右大小的DNA片段，最多可保存300kb个碱基对。二、简答题.NCBI数据库提供的同源性搜索（BLAST）有哪些主要类型，它们查询数据和目标数据分别是什么？答:类型：blastp,blastn,blastx,tblastn,tblastx。查询数据：蛋白质，核甘酸，蛋白质，核甘酸（翻译），核甘酸（翻译）目标数据：蛋白质，核甘酸，核甘酸（翻译），蛋白质，核甘酸（翻译）.什么是中性突变学说，它的主要观点有哪些？答：中性突变学说认为分子水平上的大多数突变是中性或近中性的其 主 要 观 点 是（1）分子水平上种内遗传变异的大部分是中性的，分子进化的主角是中性突变口1（2）分子水平上的生物进化主要是选择中性、或近于中性的突变基因随机固定的结果.1（3）生物进化的速率是由分子本身的突变率来决定的..中性突变理论的贡献。答：中性学说打破了以达尔文为代表的自然选择学说，在当时引起学术学界的相当大的反响，甚至神学也参和进来，其影响远远超出了群体遗传学，甚至进化生物学范围。随着生物学科的发展和大规模物种的基因组测序工作的展开，中性学说在得到更多数据的支持，其正确、有效将得到更好的认识。.请简述系统进化树构建的基本步骤。答：1.多序列比对；2.选择建树方法及替代模型；3.建立进化树；4.进化树评估有根树是由外类群来置根的，请问什么是外类群，如何选择外类群？.什么是外类群，如何选择外类群？答：外类群是指为了探知内类群（指定被研究的对象）的演化关系而借助比较的外部类群,它与内类群在演化关系上是最为接近的类群,具有最相近的祖先,且在进化程度上低于内类群。如何选择：选择一个或多个已知与分析序列关系较远的序列作为外类群；外类群可以辅助定位树根；外类群序列必须与剩余序列关系较近，但外类群序列与其他序列间的差异必须比其他序列之间的差异更显著。.简述距离法或最大简约法构建系统树的原理。答：距离法：首先通过各个物种之间的比较，根据一定的假设（进化距离模型）推导得出分类群之间的进化距离，构建一个进化距离矩阵，分别依次将序列合并聚类，构建进化树。最大简约法：奥卡姆哲学原理：解释一个过程的最好的理论是所需假设数目最少的。.如何理解分子进化速率的恒定性。答：分子进化速率的恒定性是指核酸或蛋白质等生物大分子在进化的过程中碱基或氨基酸发生替换的频度，它是测定生物大分子进化快慢的尺度，时间以年为单位。它是在整个漫长的进化过程后得出的结论。.分析物种间系统进化关系时，分子数据相对于形态数据来说有哪些优点？分子系统学研究的一般步骤是什么？■分子系统学研究的一般步骤分子系统学研究:的主要方法是根据分子生物学数据构建生物类群的谱系发生树.它一般包括以下程序：1,确定所要分析的生物类群，选择该类群中相关亚类群的一些代表种类；2、选择合适的生物大分子『设法获得它们的序列数据或其它相关数据；3、对获得的相关数据进行比对或其它的数学处理；4、利用相美软件构建系统树）5、对构建的系统树做相应的数学统计分析以检验系答:「.什么是分子进化速率？在分析不同分类等级的类群间进化关系时，如何选择不同进化进化速率的大分子？答：分子进化速率是指核酸或蛋白质等生物大分子在进化的过程中碱基或氨基酸发生替换的频度。.当我们要克隆控制某个性状的基因时，如何利用分子标记和遗传图对控制该性状的基因进行定位？答：原位染色体作图.DNA测序的物理间隙物理间隙的情况比较红杂：所瑕物理间隙系指构建基的组文厚时被丢失的DNA序列，它们从已利的克隆群体中永久性地消失口物理间隙产生的原因可能是；①由于特殊的随挂组成，如染色体着理粒K的离度币:笑序列缺少合适的的切位卓，堆以获得大分子।则A克隆、②在克隆载体中，哥度重复序列很小稳定，在扩增中容翳丢失口③.某些基因的我这严:物对宿主菌具答：…「 ! ：•・•:i-：।, '■一•<.哪些证据显示现代人起源于非洲?答：线粒体夏娃假说和Y染色体追踪。.请问microRNA有哪些生物学功能？答：miRNA序列(其基因位置和序列高度保守)、结构、丰度和表达方式的多样性使其可能作为mRNA表达的调节因子，从而在以下生命过程中起着重要的调控作用：【细胞发育细胞增殖细胞凋亡细胞分化】【应激反应】【病毒感染】【脂肪代谢】【癌症心脏病】.人类基因组测序计划有哪些重大事件？1953 Crick和Watson提出DNA双螺旋模型1968 获得第一个纯化的限制酶1973 发表仙台病毒SV40基因组限制酶位点物理图，报道第一个质粒DNA克隆1977 MaxamGilbert和SangerDNA测序方法诞生，发现断裂基因1984 发明分离大分子DNA的脉冲电场凝胶电泳(pulsed-Geldgelcleclrophoresis)装置1986 荧光标记测序法诞生1987 第一份人类遗传连锁图和大肠杆菌基因组物理图发表，报道YAC克隆技术1988 自动PCR仪诞生1989 提出STS概念1992 BAC克隆技术问世1993 PAC克隆技术问世1995 鸟枪法完成流感嗜血杆菌基因组测序，发表人类基因组YAC重叠群物理图和STS物理图1996 完成薛母基因组和第一个古细窗詹氏甲烷球菌基因组测序*1997 完成大肠杆菌基因组测序言：1999CeleraGenomics宣布该公司的人类基因组测序计划，完成人类22号染色体测序2000完成果蝇基因组测序，国际人类基因组测序联合体与CeleraGenomics联合宣布完成人类基因组草图序列2001 完成第一个植物拟南芥基因组测序2002 完成第一个谷类作物水稻基因组草图序列2004 启动人类基因组单倍型计划2005 发表黑猩猩基因组草图序列2008 启动国际千人基因组测序计划15.mRNA可变剪接有何生物学意义？答：1.在不改变基因中DNA序列的前提下提高编码序列的利用效率.并非所有可变剪接的mRNA都具有编码功能或其他生物学功能.目前无法从基因编码序列预测可变剪接.进化过程中重复基因有哪几种不同的命运？重复基因的命运只有两种结局，存留或淘汰口除少数重复基因可产生新的功能外，大多数重复基因最终都将出局n重复基因出现之后，多余的拷贝通常会发生各种突变，在自然选择的作用下，有如下几种归宿：①由于编码序列趋异成为具有新的生物活性的基因；②由于调控序列的突变成为获得新的表达模式的基因：③处于进化之中与祖先基因在功能上重叠，答：功能上衣现为匕余内基,N；④度支功能成为以掂囚；⑤1：船『的世诂事件中去失.同源性、一致性和相似性这三个概念有何联系和区别？答：同源性：源于同一祖先但序列已经发生变异的序列之间的关联性一致性：同源DNA序列的同一碱基位置上相同的碱基成员，或蛋白质中同一氨基酸位置上相同氨基酸的比例相似性：同源蛋白质的一致性氨基酸和可取代的相似氨基酸的比例相似性和同源性：相似性和同源性是两个完全不同的概念。同源序列是指从某一共同祖先经过趋异进化而形成的不同序列。相似性是指序列比对过程中检测序列和目标序列之间相同碱基或氨基酸残基序列所占比例的大小。当两条序列同源时，它们的氨基酸或核甘酸序列通常有显著的一致性。如果两条序列有一个共同的进化祖先，那么它们是同源的。这里不存在同源性的程度问题，两条序列要么是同源的要么是不同源的。.siRNA和microRNA有何区别？与miRNA有许多不同之处：①来源不同。niiRNA来源于前体mRNA,siRNA来源于双链RNA。②加工方式不同。miRNA是由前体mRNA的茎环结构切离后再加工而成，siRNA直接由双链RNA酶切加工生成。③保守性不同°miRNA在物种间显示很强的保守性，siRNA在物答：种叫JLF没有任何保守性:.19.细胞有哪两种方法来处理不需要的蛋白质？请分别加以说明。蛋白质的降解是一种破坏性的行为，必须在特定的时间与限定的空间内进行口细胞采用两种方法处理不需要的蛋白质，•个是溶酶体(ly^orne),这是一种由膜包裹的细胞器&溶醵体的任务主要是降解侵入细胞内的蛋白质，通过胞饮方式将外来的蛋白质转运到溶酶体中，然后由蛋内酶消化。另一个系统为蛋白酶体(proteasome)f它只负责清除细胞内被指令降解答：：的或白房井由所有代细胞都与这斯可降解强日质的系统，如知黄利未成熟.的幻卸胞即玦少溶酶体，它们主要利用蛋白酶体清除不再需要的蛋白质或因突变、错误折叠和变性而失去功DNAi甲基化质现已发现.在空胞尚、细胞核二遍粕体和叶绿体中都市卜衔白陶体负责蛋|'［房的清除工作口下面我们讨论蛋白酶体的工作机制，它牵涉到泛素(ubiquitin)、靶蛋白与蛋白酶20.请详细说明焦磷酸测序法的基本原理和操作方法。①反应底物有△种脱氧棱甘酸(dA7PTdCTP,4CTP和，UT2一每次反应只添加一种核行酸；②当发生聚合反应时.选中的核甘酸连接的一个核甘酸，释放一个焦磷酸③稗放的焦磷酸在=磷酸服皆疏酸化旃的催化下坷反应池中的HATP类似物5'-璘敢化硫酸腺□:(rlAnVzS)反应生成等摩尔量的ATP；④反应池中的荧光素酶催化ATP与荧光素门答：」：・：！.・ 「■.一二'I' I'.物理与化学诱变剂产生突变的方式有哪些?诱变剂可以下列不同方式产生突变：①某些诱变剂是碱基类似物(haseanakg),可作为底物在新链DNA复制时掺人口②某些诱变剂可直接作用于DNA,引起结构改变导致模板链的错误复制。③间接作用于DNA,它们本身并不影响DNA的结构，但可使细胞合成如过氧化物类的答:化学初互产牛突交效电.:.细胞如何进行mRNA的正确定位？答：细胞进行mRNA的正确定位方法有4种。局部合成；局部保护性降解：保证mRNA处在正确位置；扩散：被动转移；局部锚定：主动转移.生物的密码子有哪些共同特点？答：通用性：说明地球上的生物具有共同起源。兼并性：多个密码子具有同一含义。摇摆：密码子第3碱基选择不同碱基配对，严谨性低。偏爱：不同生物对编码同一氨基酸的不同密码子使用频率不同。偏离：同一密码子在不同场合具有不同含义。正反义转录物.碱基配对有什么生物学意义？答：碱基配对保证DNA复制过程中的稳定性，使遗传物质能够准确的进行信息的传递.蛋白质为什么有盐溶和盐析现象？这与它双电层结构有什么关系？答：.蛋白质组的主要研究技术有那些，各技术的主要步骤和技术原理是怎样的？答：蛋白质组的主要研究技术有双向凝胶电泳、生物质谱、生物信息技术、生物芯片技术和酵母双杂交系统技术。.什么是层析技术？吸附层析和分配层析的原理是怎样的？答:层析技术是指利用物质在固定相与流动相之间不同的分配比例，达到分离目的的技术方法。吸附层析：以固体吸附剂为固定相，以有机溶剂或缓冲液为流动相构成柱的一种层析方法。其原理是利用吸附剂对混合试样各组分的吸附力不同而使各组分分离。当采用溶剂洗脱时，发生一系列吸附一解吸一再吸附一再解吸的过程，吸附力较强的组分，移动的距离小，后出柱；吸附力较弱的组分，移动的距离大，先出柱。分配层析：利用固定相与流动相之间对待分离组份溶解度的差异来实现分离的一种层析方法。分配层析过程本质上是组分分子在固定相和流动相之间不断达到溶解平衡的过程。.请叙述系统生物学的主要研究内容答：系统生物学是研究一个生物系统中所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的构成，以及在特定条件下这些组分间相互关系，并通过计算生物学建