中国科学技术大学生物信息学考试复习资料（整理版）

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QUIZ参考答案：

1. Which gene is the most highly mutated gene in cancer?
   TP53
2. Which gene is the most highly mutated gene inCOAD/READ?
   APC
3. Name three alignment tools.
   Bowtie 2 Histat , Tophat BWA
4. What is the method for SNP calling that we introduced in this class?
   .（BWA）-GATK
5. Name three advantages of this method.
   做序列比对和SNP calling的算法中，表现优，现在成为金标。(1)灵敏度95% (2)特异度97% (3)准确度96%
   第四课：
   
6. What is the main difference between DNA-seq and RNA-seq alignment?
   RNA-seq has junction reads
7. What percentage of the genome is transcribed?
   90%(基因组中约 90% 的基因是转录基因。这些转录基因中只有 1-2% 编码蛋白质；大多数转录为 ncRNA。)
8. Name three types of ncRNAs.
   tRNA、rRNA 、snRNA、piRNA、siRNA and lncRNA
9. Name three RNA-seq alignment tools.
   bowtie tophat 2 、 HISAT 或 STAR
10. What are the main functions of lncRNAs?
    
    第6课：
    第7课：
    
    复习资料：
    
    
    
    
    
    
    2020.12.29 第16周课 单细胞测序 2
    假时间轨迹：①monocle ②Velocyto ③Palantir （从1个时间点的数据模拟出成熟体系的过程）
    1.monocle(基于表达量expression) 时间树，进行降纬分析，建立发育路径，
    ·利用真实数据进行验证软件功能是可靠的。
    ·monocle2 预测肺部上皮细胞分化命运：（可以预测与发育分支密切相关的基因集）利用免疫刺激树突细胞分化的基因knockout进行验证（基因是已知的）。
    Go term分析：从基因集到基因集功能
    Monocle的pros和cons:

2.Velocyto（基于splicing）`
·mRNA成熟度：验证实验SCP细胞向chromaffin cells的分化过程
·小鼠海马区：（细胞分群，进行细胞图谱构建）：不同的发育轨迹由不同的转录因子调控
Velocyto的pros和cons:
优点：①从RNA成熟度的角度出发预测发育的起点和终点；②对多分支路径的预测比较好；
缺点：①对测序质量有一定要求，最好是全长测 ②路径的预测是基于tSNE或者UMAP的降维结果，需要质量是较高的（细胞群的相连）
3.Palantir·基于熵增大原理：
发育潜能很大，但变化幅度（熵）是较小的，而分化后，发育潜能小，变化幅度熵是较大的。
适合于诸如研究胚胎细胞的分化 ·验证方法：早期人类造血干细胞
Palantir的pros和cons:
Pros: ①从发育可能性的熵值出发，估计发育起点和终点 ②仅需要表达量信息 （需要很多样本）
Cons：①对原本就高无序性的样本，如肿瘤可能不适用 ②路径的展示方法比较依赖于降维方法
假时间轨迹:算法横向比较
判断指标：①分叉树的结构的正确性②分叉支点的正确性（细胞是否位于正确的结点上）③分叉的顺序④分化过程中重要的基因
合成数据 进行评估

插值与降噪：①Magic ②Saver ③DCA ④WEDGE （原因：细胞分群的稀疏，只有5%-10%的数据能被捕捉）
单细胞数据分析中的科学问题：
①稀疏矩阵（采用插值与降噪 解决） ②调控关系 （scATAC-seq解决）
③RNA-蛋白表达差异（RNA被翻译的次数不同） ④空间转录组（采用整合分析 解决）发育过程的空间位置信息
整合分析及原因
插值与降噪
1.MAGIC（细胞与细胞之间的关联，构建关联矩阵，关联度很高的基因表达量相互为依据）
（依赖对于邻居cell的确定）
2.SAVER（深度学习模型，负二项分布，利用偏移的负二项分布 挪移以重新获取基因表达量）
（假设基因表达符合负二项分布，理论与实践是近似的）
3.DCA（使用深度学习回归表达量均值和离散度）
拟合分析
4.WEDGE（对表达量矩阵中的零元和非零元分别做不同权重的非负矩阵分解） qulab
非零元：基因表达量的确很低
零元：由于实验原因，噪音基因表达信息未get，进行非权重分解 进行分群质量恢复的提高
用途：发现精细细胞亚型（） 细胞层次降维

单细胞ATAC-seq分析：
前边提到的SIMIR 也可以用于验证 表达基因片段的上游是否存在一些motif
scATAC-Seq技术的开发：由斯坦福大学Howard Chang 和Greenleaf实验室联合开发
科学问题：scATAC-seq数据过于稀疏（>95%丢失），细胞分群无法达到scATAC RNA-seq一样的精度
1.ChromVAR:group peaks by motifs
peak的开放位点上游的motif进行堆积富集
用途：①细胞分化 路径的确立（造血干细胞 HSC的分群）②细胞聚类clustering ③假时间轨迹：细胞发育路径
ChromVAR优缺点：
优点：①从motif/TF分析容易定义每个亚群的功能 ②可以发现细胞发育的路径
缺点：①分群效果较差（将motif进行堆积，忽略了很多信息）②使用的motif都（必须）是已知的 ③只考虑开放位点上游调控的关系（忽略了开放位点下游网络）
2.Cicero(group peak by genes)
认为基因的开放性（转录起始位点）周围与附近的峰认为也与之相关，能得到顺式开放型（下游网络）
Cicero的优缺点
优点:①揭示基因转录区域附近的调控因子 ②从DNA开放程度预测RNA表达量
缺点：①分群效果较差 ②仅考虑近端的调控因子 ③仅考虑下游调控关系
3.cisTopic：group peaks by topics
topic（影响开放位点差异型的组合）降纬，能够凝练成细胞和topic的矩阵 - 集群
ARI越高，细胞分群可信度越高 利用不同的表达topic（区分细胞亚群）
cisTopic优缺点： （一个topic可能包含了很多功能类型的细胞，因此）
优点：①细胞分群的效果较好 ②每个亚群的特征清晰
缺点：①每个特征（topic）的生物学功能比较模糊 ②每个topic内DNA开放片段之间的关联不清楚。
4.APEC：group peaks by pattern qulab
Peak的开放位点的Pattern - 细胞 和 pattern group 矩阵
缺点：有批次效应
用途：对单细胞数分群存在优势 构建单细胞发育路径（发育轨迹构建）

多组学整合：seurat novoSpaRc
1.seurat
Mutual 相互之间寻找neighbor 将不同 的数据整合在一起 用了cicero
空间转录组：将很少的scRNA RNA转录组信息 投影 到整体的空间转录组，在空间转录组得到更多的转录信息。
2.novoSpaRc
假设表达量模式相近的细胞在空间上也是相近的。