CN103160586A - 一种预测优秀冰雪运动员力量潜能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测定优秀冰雪运动员力量潜能的方法，可以使之应用于冰雪运动员的选材，其方法主要是通过通过测定α-辅肌动蛋白-3基因(ACTN3)上的R577X(C1747T)位点单核苷酸来进行预测的。抽取外周静脉血并提取DNA。设计PCR引物。上游引物5’-CAg CAg CATTCT CCT GTCA-3’；下游引物：5’-CCC TTA CCT CCA CCT TCg-3’。扩增ACTN3基因C1747T位点片断长度为350bp。PCR产物经Dde I内切酶酶切消化后，出现3种类型条带：有Dde I酶切位点的纯合型TT被切为47bp、97bp和206bp3条带；没有Dde I酶切位点的纯合型CC为144bp和206bp2条带；杂合型TC为47bp、97bp、144bp和206bp4条带。

Description

一种预测优秀冰雪运动员力量潜能的方法

技术领域

本发明涉及一种预测优秀冰雪运动员力量潜能的方法，具体地说是测定优秀冰雪运动员力量相关基因，与普通人群相关基因进行对比，选择出优势基因，然后在选材过程中通过与优秀冰雪运动员的基因对比，进行力量潜能的预测。属于体育科学、运动分子生物学领域。

背景技术

肌肉力量作为一个影响运动能力的重要素质而受到运动训练的高度重视。随着近年来基因科学的突飞猛进，人们开始通过研究影响肌肉力量的基因及其多态性从而进一步的研究肌肉力量。诸多研究都表明一些基因和肌肉力量存在关联。特别是在运动员基因选材领域，希望发现并把一些肌肉力量基因的研究成果运用到实践当中，把一些天生肌肉力量好的运动员从小选拔出来，从事力量相关的运动项目，从而达到事半功倍的效果。

天赋应该是一种与生俱来的能力，而赋予这种能力的，则是特异基因。随着分子生物学技术和理论的飞速发展，尤其是DNA重组技术的广泛应用，人们可以从基因水平上寻找决定人类运动能力的基因。在分子水平上探讨人体对长期训练的适应性变化，从而能更加科学准确地评估个体的运动状态和运动潜力，实现从基因上进行选择，选拔出具有运动天分的运动员。

肌肉力量是一种重要的运动能力和素质。从运动训练学角度来说，力量是运动的基本素质，是指人体全身或局部肌肉群紧张或收缩所表现出来的能力。个体的跑跳投及攀爬等运动都需要的力量素质，尽管不同的运动项目具有不同的专项运动特点，但是力量是各种运动项目的最重要素质之一，尤其是对力量相关的运动项目来说，肌肉力量是取得优异成绩的重要因素。我们就是要利用那些影响肌肉力量的基因及其多态性的研究成果，通过运动员基因选材的方式，把天生肌肉力量好的运动员选拔出来，从事力量相关的运动项目，使运动员的成才率和取得优异成绩的几率得到提升，从而达到事半功倍的效果。

目前，生命研究已深入到分子水平和基因层次，遗传基因图谱的成功绘制，揭开了人类生存的奥秘，也揭示了影响人类运动能力的本质原因：基因决定着人体许多组织结构和功能性状的发展潜力，为竞技体育的发展开拓了另一片天地，基因选材应运而生。

基因(gene)是DNA分子的组成部分、染色体上的遗传单位，存在于机体的每一细胞中，它携带遗传信息，指导特定氨基酸链的合成，形成特定的蛋白质，使人体表现出不同的性状。基因决定人体组织结构和功能性状的发展潜力，影响某一基因表型的表达、对外界刺激的反应能力，而这些对运动能力至关重要。因此，借助于基因，选择有先天优势、对运动训练敏感的人进行训练，可以有效提高培养成功率，这就是基因选材。研究表明，一个人能否成为冠军与4个因素有关：(1)训练前各种基因表型的原始状况；(2)适当的训练、休息和营养；(3)这些基因表型对训练、休息、营养的适应变化能力；(4)所掌握的运动技、战术水平。其中，基因表型是指一个人在某个特定时期所表现的人体结构、生理、生化和行为的性状，如体重的具体数值，它受基因调控，如科学家已发现控制长跑耐力水平、女性力量增长速率等的基因。目前，运动员、教练员、包括国家科研机构等与运动训练相关的方方面面，都想尽早、尽快、全面地把握和应用基因这一“秘密武器”，打赢竞技体育“战争”。

目前的运动员选材指标主要是身体形态和身体素质类，如身高、躯干、四肢长、速度、耐力、力量、柔韧、灵敏等，从基因控制的角度看，身体形态类指标受基因控制程度高，完全可以从上代指标推断出下代指标的大致范围，身体素质指标却与后天的训练和发展关系更为密切，因此以它们作为选材的指标有科学性，但科学性不够强。例如，从基因角度看，基因决定骨骼肌大小及结构(主要是快、慢肌纤维的比例)，从而决定了肌力大小，因此力量素质中的肌力指标应作为选材指标予以重视，但目前运动员选材并没有“肌力”这一指标竞技体育训练目的是通过对人体施加刺激，激发应激性，而“天生”(即基因决定)对运动训练适应强、效果好的运动员很可能会快速走向成功，在比赛中取得优异成绩。因此从基因角度出发，选择和设定选材指标就显得迫切而必须了。但现阶段，基因选材还属于一个新兴门类，没有明确、统一、成系列的选材指标，同时基因测试程序较烦琐、费用高，因此选择指标时不能贪多、过全，必须有目的地选择对训练影响大、可靠性高的指标。

所有的运动都是靠肌肉收缩完成的，因此肌肉在运动训练中的地位不可动摇，同时，不同运动项目对肌纤维的类型和比例的要求不同，竞争比拼的也不外乎是持久工作能力和短时间的最大工作能力，因此，应该给予这些受基因影响程度大、决定运动员运动潜力的指标更多重视。此外，还应与长期以来被证明有效的、在运动员选材中现行的指标体系相结合，才能选择出适宜某项运动的、更易成功的运动苗子。

在冰雪运动中，力量对运动成绩起着关键作用。在冰雪运动员选材中，力量素质的好坏是选择好苗子的主要依据之一。众多研究表明，杰出运动能力很大程度上受控于相应基因，力量素质也不例外，这就为冰雪运动员的选材开辟了新的途径。辅肌动蛋白(actins，ACTN)是肌动蛋白结合蛋白家族，其蛋白质结构上有几个与肌动蛋白结合的功能域。这个家族有四个成员：ACTN1、ACTN2、ACTN3及ACTN4，其中ACTN1和ACTN4存在于骨骼肌细胞以外的其它细胞内，与细胞的粘附、运动、信号传递等功能有关。α-辅肌动蛋白分布在骨骼肌Z线，是肌动蛋白的结合蛋白，它通过与细肌丝相结合维持着肌纤维的有序排列和调节肌纤维的正常收缩。α-辅肌动蛋白家族在人体中以α-辅肌动蛋白-2和α-辅肌动蛋白-3两种方式存在。人的ACTN2存在于所有骨骼肌纤维Z线上，而ACTN3仅局限表达于II型快肌纤维的Z线上。ACTN2和ACTN3基因分别定位于第1和11号染色体上。ACTN2和ACTN3在进化上都具有高度的保守性，提示其在人类肌肉的结构和功能上都很重要。当ACTN3蛋白缺失后，ACTN2蛋白可以补偿ACTN3的基本功能，不至于表现为肌肉疾病。虽然North等报道，先天性肌营养不良患者的骨骼肌也缺乏ACTN3，但后来证实ACTN3的缺乏可能是肌肉疾病的后果而不是原因。世界上约10亿人缺乏ACTN3蛋白。这与人类ACTN3基因的多态性有关。ACTN3基因野生型(R)的第16个外显子的第1747位是C，当C突变成了T后就成为突变型(X)。因此当个体的ACTN3基因型是577XX纯合子时，第577个氨基酸残基(精氨酸)就变成了一个终止码，从而导致ACTN3的缺失。ACTN3XX等位基因的相对频率在不同种族人群中差别很大，非洲人为0.16，欧亚人为0.51。

α-辅肌动蛋白-3基因(Alpha actin3，简称ACTN3)上的R577X(C1747T)位点存在单核苷酸多态，该位点的C-T突变会造成577位的氨基酸由精氨酸(577R)变为终止蛋白(577X)，由此造成α-辅肌动蛋白-3的缺失。但是，该蛋白的缺失并没有造成任何表型上的疾病。在关于ACTN3基因的报道中，Yang对澳大利亚优秀男女速度力量型运动员的研究发现，577R等位基因在速度力量组的频率显著高于对照组，提示ACTN3基因的577R等位基因对于力量素质和速度素质来说是优势等位基因。在众多对抗阻训练效果的研究中，也均发现R等位基因携带者的训练敏感性更高。ACTN3基因的多态性与力量素质密切相关不容置疑。因此，本研究选取ACTN3基因的C1747T单核苷酸多态位点，对我国北方优秀冰雪运动员进行基因解析，以期为中国优秀冰雪运动员的选材提供分子标记。

多数研究表明，ACTN3基因的577R(C)等位基因对于力量素质运动员来说是优势等位基因。在进行力量性运动时，ACTN3蛋白在快肌纤维中的表达有益于肌肉收缩，但是，携带TT或者TC基因型也可能成为优秀力量运动员。Lucia等人曾报道，一位获得过两次奥运会奖牌的西班牙优秀跳远运动员是XX(TT)型。对俄罗斯力量运动员的研究也发现，一位高水平链球运动员是XX(TT)型。而且，近年来也有研究得到了与本研究不同的结论。对中国汉族男性军人ACTN3基因C1747多态位点的研究发现，TT基因型的汉族男性军人100m速度明显快于基因型为CC和TC者。但是，该研究对象是普通人群，不是优秀运动员，即使百米成绩在各基因型中存在差异，也不能直接用于优秀力量运动员选材。Vincent等人按照ACTN3基因R577X位点多态将90名健康男性分为XX(TT)型和RR(CC)型两组，每组22人。通过肌肉活检和免疫组化的方法，对受试者的肌纤维类型分布、ACTN3蛋白含量进行分析。结果表明，RR(CC)型受试者的IIx型肌纤维(快肌、糖酵解型)的横截面积和数量的比例显著高于XX(TT)型受试者。该研究为RR(CC)基因型有益于快肌纤维的形成提供了实验依据。当然，也不排除其他信号通路和酶类对肌纤维类型的调节作用。

Delmonico等人发现，性别与该基因多态相关，女性XX(TT)基因型携带者的膝关节伸肌的峰值力显著大于RX72(TC)以及RR(CC)基因型携带者。但本研究发现，男性运动员组、女性运动员组与男、女对照组的基因型分布和等位基因分布没有显著性差异。研究结果的差异一方面来源于受试人群不同，即Delmonico的研究以普通人群为受试者，本研究以优秀力量运动员为受试者；另一方面，也可能来源于受试者种族的不同。此外，Yang的研究发现女性速度或力量型运动员中没有TT型，与本研究中女性力量运动员组中有9人(16％)是TT型不同。但Yang的研究中运动员组的项目众多，有200m以内游泳项目、800m以内跑项目，还有速滑项目，与本研究单一的冰雪运动员有所不同。而且，Yang的研究中，女性速度力量型运动员组只有7人，本研究女性冰雪运动员有58人，人数的差异也可能导致结果的不同。此外，种族或地域因素也是差异产生的来源。

研究表明，优秀冰雪运动员中携带CC基因型和C等位基因者显著多于普通人群对照组，ACTN3基因C1747T多态位点的CC基因型可以作为我国北方汉族优秀冰雪运动员选材用分子标记。

基因选材有其科学性，但不能完全左右运动员的成材，原因有：(1)人体运动时，机体的许多系统都会参与，如耐力跑过程中，心血管、呼吸、神经、肌肉、代谢、激素、温度调节等系统都参与工作，每种系统都可能受到一些基因、或基因组的调控，同时，基因间及基因与外界因素间存在各种相互作用，这种过程很复杂，目前为止还无法全部知晓、理解，因此，通过基因工程将基因遗传特性重组、改变，产生运动天才的可能性微乎其微，而且目前来说，这种研究还涉及到伦理道德问题，为社会所不容。(2)运动训练能造成明显的变异，科学家实验发现，如果经过12周常规运动训练，所有参与者的最大摄氧量都增加了14％-16。(3)每个人都有基因遗传的限制点，许多运动员，当其水平达到某一点时，必须加倍努力训练，才能得到一丁点儿的提高，而且，这个限制点在什么时候、什么水平上出现无法预料。(4)基因只表明运动潜力，兴趣才是最好的老师，通过实践选择自己喜爱的项目，加上运动潜力，才容易出成绩。(5)对于运动项目中的某些方面，如技战术，对运动成绩的影响巨大，在每个体育项目中，都有“奇兵致胜”的战例，对于这种经验+智慧才能驾驭的致胜因素，遗传基因无法控制。基因对控制人体形态和运动能力有重要作用，依靠基因可以有效提高运动员的培养成功率，但同时基因只表明运动潜力，而运动员成材的影响因素很多，因此应正确认识遗传基因的地位和作用，将其与传统选材体系、指标相互搭配，才能达到科学选材、提高运动员成材率的目的，建议今后根据最新研究成果，及时补充、更新基因选材指标。

发明内容

本发明的目的提供一种预测优秀冰雪运动员力量潜能的方法。

本发明的另一目的在于提供上述预测优秀冰雪运动员各项潜能的方法。

具体实施方式

1研究对象

以来自哈尔滨体育学院的优秀冰雪运动员为例。普通对照组来自东北三省，未经任何专业训练，且体育活动正常，体检合格，并无家族运动史。

2实验方法

常规方法抽取外周静脉血并提取DNA。依据NCBI网站公布的人类ACTN3基因序列，用Primer5.0软件设计PCR引物。上游引物5’-CAgCAgCATTCTCCTGTCA-3’；下游引物：5’-CCCTTA CCT CCA CCT TCg-3’。PCR扩增片段长度为350bp。

3统计方法

本实验数据处理采用SPSS13.0for Windows，计算各组人群的等位基因频率和基因型频率，通过x2检验计算两组人群的基因型频率是否符合Hardy-Weinberg遗传平衡定律。组间等位基因频率和基因型频率分布采用x2检验，显著性水平定为0.05。

4结果

扩增ACTN3基因C1747T位点片断长度为350bp。由于Dde I酶识别C↓TNAG序列，而在PCR产物中，在145bp处有此序列，且没有多态，必然切开。位于48bp处的该多态位点则会产生有酶切位点和无酶切位点两种情况。因此，PCR产物经Dde I内切酶酶切消化后，出现3种类型条带：有Dde I酶切位点的纯合型TT被切为47bp、97bp和206bp3条带；没有DdeI酶切位点的纯合型CC为144bp和206bp2条带；杂合型TC为47bp、97bp、144bp和206bp4条带。

优秀冰雪运动员组与普通对照组的ACTN3基因C1747T多态位点的基因型分布具有显著性差异(P＝0.031，P＜0.05)，等位基因分布也具有显著性差异(P＝0.022，P＜0.05)。与普通对照组相比，冰雪运动员组的CC基因型(47％、31％)以及C等位基因(66％、56％)的出现频率显然较高。当把男性和女性分开后，男性对照组与男性冰雪运动员组之间无论基因型分布还是等位基因分布均无显著性差异，女性对照组与女性冰雪运动员组之间也没有显著性差异。但是，CC基因型在男性冰雪运动员组中的分布频率仍然高于男性对照组，C等位基因的分布频率也呈现此情况。女性冰雪运动员组的CC基因型和C等位基因的分布频率也高于女性对照组。

ACNT3的作用机制独立于ACTN2，而且它的序列在进化进程中具有高度的保守性。在胚胎发育过程中，无论是时间上还是空间上，ACTN2和ACTN3基因的表达都相互独立。因此，单独研究ACTN3基因多态性与运动能力的相关性有重要意义。通过Haploview4.1分析得知，ACTN3基因C1747T多态位点属于标签SNP，该位点的分布情况可以代表rs618838、rs540874、rs1671064、rs509556、rs677488几个SNP位点的遗传信息。中国北方汉族优秀冰雪运动员ACTN3基因C1747T多态位点的基因型频率分别为CC为47％、TC为38％、TT为15％，等位基因分布频率分别为C为66％、T为34％。普通对照组的基因型频率分别为CC为31％、TC为51％、TT为18％，等位基因分布频率分别为C为56％、T为44％。其中，我国优秀冰雪运动员该位点CC基因型分布频率显著高于普通对照组(P＝0.031、P＝0.022)。此结果与Yang在2003年首次报道的对澳大利亚优秀速度力量型运动员的研究结果相一致。与普通人相比，力量速度组运动员的ACTN3基因R577X(C1747T)多态位点的XX(TT)基因型较少，尤其是在奥运级别的运动员中没有XX(TT)基因型。

Claims (3)

1.一种测定优秀冰雪运动员力量潜能的方法，其特征在于，通过测定α-辅肌动蛋白-3基因(Alpha actin3，简称ACTN3)上的R577X(C1747T)位点单核苷酸来进行预测。

2.根据权利要求1所述的检测方法其特征是：ACTN3一对引物碱基序列是5’-CAg CAg CAT TCTCCT GTC A-3’和5’-CCC TTA CCT CCA CCT TCg-3’。扩增ACTN3基因C1747T位点片断长度为350bp。

3.根据权利要求2中所述所得的PCR产物经Dde I内切酶酶切消化后，具有优秀力量潜能的纯合型CC被切为144bp和206bp2条带。而不具备优秀力量潜能的纯合型TT被切为47bp、97bp和206bp3条带；杂合型TC为47bp、97bp、144bp和206bp4条带。