一種預(yù)測優(yōu)秀冰雪運動員力量潛能的方法

專利名稱：一種預(yù)測優(yōu)秀冰雪運動員力量潛能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)測優(yōu)秀冰雪運動員力量潛能的方法，具體地說是測定優(yōu)秀冰雪運動員力量相關(guān)基因，與普通人群相關(guān)基因進行對比，選擇出優(yōu)勢基因，然后在選材過程中通過與優(yōu)秀冰雪運動員的基因?qū)Ρ?，進行力量潛能的預(yù)測。屬于體育科學、運動分子生物學領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
肌肉力量作為一個影響運動能力的重要素質(zhì)而受到運動訓練的高度重視。隨著近年來基因科學的突飛猛進，人們開始通過研究影響肌肉力量的基因及其多態(tài)性從而進一步的研究肌肉力量。諸多研究都表明一些基因和肌肉力量存在關(guān)聯(lián)。特別是在運動員基因選材領(lǐng)域，希望發(fā)現(xiàn)并把一些肌肉力量基因的研究成果運用到實踐當中，把一些天生肌肉力量好的運動員從小選拔出來，從事力量相關(guān)的運動項目，從而達到事半功倍的效果。天賦應(yīng)該是一種與生俱來的能力，而賦予這種能力的，則是特異基因。隨著分子生物學技術(shù)和理論的飛速發(fā)展，尤其是DNA重組技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們可以從基因水平上尋找決定人類運動能力的基因。在分子水平上探討人體對長期訓練的適應(yīng)性變化，從而能更加科學準確地評估個體的運動狀態(tài)和運動潛力，實現(xiàn)從基因上進行選擇，選拔出具有運動天分的運動員。肌肉力量是一種重要的運動能力和素質(zhì)。從運動訓練學角度來說，力量是運動的基本素質(zhì)，是指人體全身或局部肌肉群緊張或收縮所表現(xiàn)出來的能力。個體的跑跳投及攀爬等運動都需要的力量素質(zhì)，盡管不同的運動項目具有不同的專項運動特點，但是力量是各種運動項目的最重要素質(zhì)之一，尤其是對力量相關(guān)的運動項目來說，肌肉力量是取得優(yōu)異成績的重要因素。我們就是要利用那些影響肌肉力量的基因及其多態(tài)性的研究成果，通過運動員基因選材 的方式，把天生肌肉力量好的運動員選拔出來，從事力量相關(guān)的運動項目，使運動員的成才率和取得優(yōu)異成績的幾率得到提升，從而達到事半功倍的效果。目前，生命研究已深入到分子水平和基因?qū)哟?，遺傳基因圖譜的成功繪制，揭開了人類生存的奧秘，也揭示了影響人類運動能力的本質(zhì)原因:基因決定著人體許多組織結(jié)構(gòu)和功能性狀的發(fā)展?jié)摿?，為競技體育的發(fā)展開拓了另一片天地，基因選材應(yīng)運而生?；?gene)是DNA分子的組成部分、染色體上的遺傳單位，存在于機體的每一細胞中，它攜帶遺傳信息，指導特定氨基酸鏈的合成，形成特定的蛋白質(zhì)，使人體表現(xiàn)出不同的性狀?；驔Q定人體組織結(jié)構(gòu)和功能性狀的發(fā)展?jié)摿?，影響某一基因表型的表達、對外界刺激的反應(yīng)能力，而這些對運動能力至關(guān)重要。因此，借助于基因，選擇有先天優(yōu)勢、對運動訓練敏感的人進行訓練，可以有效提高培養(yǎng)成功率，這就是基因選材。研究表明，一個人能否成為冠軍與4個因素有關(guān):(I)訓練前各種基因表型的原始狀況；(2)適當?shù)挠柧殹⑿菹⒑蜖I養(yǎng)；(3)這些基因表型對訓練、休息、營養(yǎng)的適應(yīng)變化能力；(4)所掌握的運動技、戰(zhàn)術(shù)水平。其中，基因表型是指一個人在某個特定時期所表現(xiàn)的人體結(jié)構(gòu)、生理、生化和行為的性狀，如體重的具體數(shù)值，它受基因調(diào)控，如科學家已發(fā)現(xiàn)控制長跑耐力水平、女性力量增長速率等的基因。目前，運動員、教練員、包括國家科研機構(gòu)等與運動訓練相關(guān)的方方面面，都想盡早、盡快、全面地把握和應(yīng)用基因這一 “秘密武器”，打贏競技體育“戰(zhàn)爭”。目前的運動員選材指標主要是身體形態(tài)和身體素質(zhì)類，如身高、軀干、四肢長、速度、耐力、力量、柔韌、靈敏等，從基因控制的角度看，身體形態(tài)類指標受基因控制程度高，完全可以從上代指標推斷出下代指標的大致范圍，身體素質(zhì)指標卻與后天的訓練和發(fā)展關(guān)系更為密切，因此以它們作為選材的指標有科學性，但科學性不夠強。例如，從基因角度看，基因決定骨骼肌大小及結(jié)構(gòu)(主要是快、慢肌纖維的比例)，從而決定了肌力大小，因此力量素質(zhì)中的肌力指標應(yīng)作為選材指標予以重視，但目前運動員選材并沒有“肌力”這一指標競技體育訓練目的是通過對人體施加刺激，激發(fā)應(yīng)激性，而“天生”(即基因決定)對運動訓練適應(yīng)強、效果好的運動員很可能會快速走向成功，在比賽中取得優(yōu)異成績。因此從基因角度出發(fā)，選擇和設(shè)定選材指標就顯得迫切而必須了。但現(xiàn)階段，基因選材還屬于一個新興門類，沒有明確、統(tǒng)一、成系列的選材指標，同時基因測試程序較煩瑣、費用高，因此選擇指標時不能貪多、過全，必須有目的地選擇對訓練影響大、可靠性高的指標。所有的運動都是靠肌肉收縮完成的，因此肌肉在運動訓練中的地位不可動搖，同時，不同運動項目對肌纖維的類型和比例的要求不同，競爭比拼的也不外乎是持久工作能力和短時間的最大工作能力，因此，應(yīng)該給予這些受基因影響程度大、決定運動員運動潛力的指標更多重視。此外，還應(yīng)與長期以來被證明有效的、在運動員選材中現(xiàn)行的指標體系相結(jié)合，才能選擇出適宜某項運動的、更易成功的運動苗子。在冰雪運動中，力量對運動成績起著關(guān)鍵作用。在冰雪運動員選材中，力量素質(zhì)的好壞是選擇好苗子的主要依據(jù)之一。眾多研究表明，杰出運動能力很大程度上受控于相應(yīng)基因，力量素質(zhì)也不例外，這就為冰雪運動員的選材開辟了新的途徑。輔肌動蛋白(actins，ACTN)是肌動蛋白結(jié)合蛋白家族，其蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上有幾個與肌動蛋白結(jié)合的功能域。這個家族有四個成員:ACTN1、ACTN2、ACTN3及ACTN4，其中ACTNl和ACTN4存在于骨骼肌細胞以外的其它細胞內(nèi)，與細胞的粘附、運動、信號傳遞等功能有關(guān)。a-輔肌動蛋白分布在骨骼肌Z線，是肌動蛋白的結(jié)合蛋白，它通過與細肌絲相結(jié)合維持著肌纖維的有序排列和調(diào)節(jié)肌纖維的正常收縮。a-輔肌動蛋白家族在人體中以a-輔肌動蛋白-2和a-輔肌動蛋白-3兩種方式存在。人的ACTN2存在于所有骨骼肌纖維Z線上，而ACTN3僅局限表達于II型快肌纖維的Z線上。ACTN2和ACTN3基因分別定位于第I和11號染色體上。ACTN2和ACTN3在進化上都具有高度的保守性，提示其在人類肌肉的結(jié)構(gòu)和功能上都很重要。當ACTN3蛋白缺失后，ACTN2蛋白可以補償ACTN3的基本功能，不至于表現(xiàn)為肌肉疾病。雖然North等報道，先天性肌營養(yǎng)不良患者的骨骼肌也缺乏ACTN3，但后來證實ACTN3的缺乏可能是肌肉疾病的后果而不是原因。世界上約10億人缺乏ACTN3蛋白。這與人類ACTN3基因的多態(tài)性有關(guān)。ACTN3基因野生型(R)的第16個外顯子的第1747位是C，當C突變成了 T后就成為突變型(X)。因此當個體的ACTN3基因型是577XX純合子時，第577個氨基酸殘基(精氨酸)就變成了一個終止碼，從而導致ACTN3的缺失。ACTN3XX等位基因的相對頻率在不同種族人群中差別很大，非洲人為0.16，歐亞人為0.51。
a -輔肌動蛋白-3基因(Alpha actin3，簡稱ACTN3)上的R577X(C1747T)位點存在單核苷酸多態(tài)，該位點的C-T突變會造成577位的氨基酸由精氨酸(577R)變?yōu)榻K止蛋白(577X)，由此造成a-輔肌動蛋白-3的缺失。但是，該蛋白的缺失并沒有造成任何表型上的疾病。在關(guān)于ACTN3基因的報道中，Yang對澳大利亞優(yōu)秀男女速度力量型運動員的研究發(fā)現(xiàn)，577R等位基因在速度力量組的頻率顯著高于對照組，提示ACTN3基因的577R等位基因?qū)τ诹α克刭|(zhì)和速度素質(zhì)來說是優(yōu)勢等位基因。在眾多對抗阻訓練效果的研究中，也均發(fā)現(xiàn)R等位基因攜帶者的訓練敏感性更高。ACTN3基因的多態(tài)性與力量素質(zhì)密切相關(guān)不容置疑。因此，本研究選取ACTN3基因的C1747T單核苷酸多態(tài)位點，對我國北方優(yōu)秀冰雪運動員進行基因解析，以期為中國優(yōu)秀冰雪運動員的選材提供分子標記。多數(shù)研究表明，ACTN3基因的577R(C)等位基因?qū)τ诹α克刭|(zhì)運動員來說是優(yōu)勢等位基因。在進行力量性運動時，ACTN3蛋白在快肌纖維中的表達有益于肌肉收縮，但是，攜帶TT或者TC基因型也可能成為優(yōu)秀力量運動員。Lucia等人曾報道，一位獲得過兩次奧運會獎牌的西班牙優(yōu)秀跳遠運動員是XX(TT)型。對俄羅斯力量運動員的研究也發(fā)現(xiàn)，一位高水平鏈球運動員是XX(TT)型。而且，近年來也有研究得到了與本研究不同的結(jié)論。對中國漢族男性軍人ACTN3基因C1747多態(tài)位點的研究發(fā)現(xiàn)，TT基因型的漢族男性軍人IOOm速度明顯快于基因型為CC和TC者。但是，該研究對象是普通人群，不是優(yōu)秀運動員，即使百米成績在各基因型中存在差異，也不能直接用于優(yōu)秀力量運動員選材。Vincent等人按照ACTN3基因R577X位點多態(tài)將90名健康男性分為XX(TT)型和RR(CC)型兩組，每組22人。通過肌肉活檢和免疫組化的方法，對受試者的肌纖維類型分布、ACTN3蛋白含量進行分析。結(jié)果表明，RR(CC)型受試者的IIx型肌纖維(快肌、糖酵解型)的橫截面積和數(shù)量的比例顯著高于XX(TT)型受試者。該研究為RR(CC)基因型有益于快肌纖維的形成提供了實驗依據(jù)。當然，也不排除其他信號通路和酶類對肌纖維類型的調(diào)節(jié)作用。Delmonico等人發(fā)現(xiàn),性別與該基因多態(tài)相關(guān),女性XX (TT)基因型攜帶者的膝關(guān)節(jié)伸肌的峰值力顯著大于RX72(TC)以及RR(CC)基因型攜帶者。但本研究發(fā)現(xiàn)，男性運動員組、女性運動員組與男、女對照組的基因型分布和等位基因分布沒有顯著性差異。研究結(jié)果的差異一方面來源于受試人群不同，即 Delmonico的研究以普通人群為受試者，本研究以優(yōu)秀力量運動員為受試者；另一方面，也可能來源于受試者種族的不同。此外，Yang的研究發(fā)現(xiàn)女性速度或力量型運動員中沒有TT型，與本研究中女性力量運動員組中有9人(16% )是TT型不同。但Yang的研究中運動員組的項目眾多，有200m以內(nèi)游泳項目、800m以內(nèi)跑項目，還有速滑項目，與本研究單一的冰雪運動員有所不同。而且，Yang的研究中，女性速度力量型運動員組只有7人，本研究女性冰雪運動員有58人，人數(shù)的差異也可能導致結(jié)果的不同。此外，種族或地域因素也是差異產(chǎn)生的來源。研究表明，優(yōu)秀冰雪運動員中攜帶CC基因型和C等位基因者顯著多于普通人群對照組，ACTN3基因C1747T多態(tài)位點的CC基因型可以作為我國北方漢族優(yōu)秀冰雪運動員選材用分子標記?；蜻x材有其科學性，但不能完全左右運動員的成材，原因有:(I)人體運動時，機體的許多系統(tǒng)都會參與，如耐力跑過程中，心血管、呼吸、神經(jīng)、肌肉、代謝、激素、溫度調(diào)節(jié)等系統(tǒng)都參與工作，每種系統(tǒng)都可能受到一些基因、或基因組的調(diào)控，同時，基因間及基因與外界因素間存在各種相互作用，這種過程很復(fù)雜，目前為止還無法全部知曉、理解，因此，通過基因工程將基因遺傳特性重組、改變，產(chǎn)生運動天才的可能性微乎其微，而且目前來說，這種研究還涉及到倫理道德問題，為社會所不容。(2)運動訓練能造成明顯的變異，科學家實驗發(fā)現(xiàn)，如果經(jīng)過12周常規(guī)運動訓練，所有參與者的最大攝氧量都增加了 14%-16。(3)每個人都有基因遺傳的限制點，許多運動員，當其水平達到某一點時，必須加倍努力訓練，才能得到一丁點兒的提高，而且，這個限制點在什么時候、什么水平上出現(xiàn)無法預(yù)料。
(4)基因只表明運動潛力，興趣才是最好的老師，通過實踐選擇自己喜愛的項目，加上運動潛力，才容易出成績。(5)對于運動項目中的某些方面，如技戰(zhàn)術(shù)，對運動成績的影響巨大，在每個體育項目中，都有“奇兵致勝”的戰(zhàn)例，對于這種經(jīng)驗+智慧才能駕馭的致勝因素，遺傳基因無法控制?；?qū)刂迫梭w形態(tài)和運動能力有重要作用，依靠基因可以有效提高運動員的培養(yǎng)成功率，但同時基因只表明運動潛力，而運動員成材的影響因素很多，因此應(yīng)正確認識遺傳基因的地位和作用，將其與傳統(tǒng)選材體系、指標相互搭配，才能達到科學選材、提高運動員成材率的目的，建議今后根據(jù)最新研究成果，及時補充、更新基因選材指標。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種預(yù)測優(yōu)秀冰雪運動員力量潛能的方法。本發(fā)明的另一目的在于提供上述預(yù)測優(yōu)秀冰雪運動員各項潛能的方法。
具體實施例方式I研究對象以來自哈爾濱體育學院的優(yōu)秀冰雪運動員為例。普通對照組來自東北三省，未經(jīng)任何專業(yè)訓練，且體育活動正常，體檢合格，并無家族運動史。2實驗方法常規(guī)方法抽取外周靜脈血并提取DNA。依據(jù)NCBI網(wǎng)站公布的人類ACTN3基因序列，用Primer5.0軟件設(shè)計PCR引物。上游引物5，-CAgCAgCATTCTCCTGTCA-3’ ；下游引物:5，-CCCTTA CCT CCA CCT TCg_ 3，。PCR 擴增片段長度為 350bp。3統(tǒng)計方法本實驗數(shù)據(jù)處理采用SPSS13.0for Windows，計算各組人群的等位基因頻率和基因型頻率，通過x2檢驗計算兩組人群的基因型頻率是否符合Hardy-Weinberg遺傳平衡定律。組間等位基因頻率和基因型頻率分布采用x2檢驗，顯著性水平定為0.05。4 結(jié)果擴增ACTN3基因C174H位點片斷長度為350bp。由于Dde I酶識別C丨TNAG序列，而在PCR產(chǎn)物中，在145bp處有此序列，且沒有多態(tài)，必然切開。位于48bp處的該多態(tài)位點則會產(chǎn)生有酶切位點和無酶切位點兩種情況。因此，PCR產(chǎn)物經(jīng)Dde I內(nèi)切酶酶切消化后，出現(xiàn)3種類型條帶:有Dde I酶切位點的純合型TT被切為47bp、97bp和206bp3條帶；沒有DdeI酶切位點的純合型CC為144bp和206bp2條帶；雜合型TC為47bp、97bp、144bp和206bp4條帶。優(yōu)秀冰雪運動員組與普通對照組的ACTN3基因C1747T多態(tài)位點的基因型分布具有顯著性差異(P = 0.031，P < 0.05)，等位基因分布也具有顯著性差異(P = 0.022，P<0.05)。與普通對照組相比，冰雪運動員組的CC基因型(47%、31%)以及C等位基因(66%,56%)的出現(xiàn)頻率顯然較高。當把男性和女性分開后，男性對照組與男性冰雪運動員組之間無論基因型分布還是等位基因分布均無顯著性差異，女性對照組與女性冰雪運動員組之間也沒有顯著性差異。但是，CC基因型在男性冰雪運動員組中的分布頻率仍然高于男性對照組，C等位基因的分布頻率也呈現(xiàn)此情況。女性冰雪運動員組的CC基因型和C等位基因的分布頻率也高于女性對照組。ACNT3的作用機制獨立于ACTN2，而且它的序列在進化進程中具有高度的保守性。在胚胎發(fā)育過程中，無論是時間上還是空間上，ACTN2和ACTN3基因的表達都相互獨立。因此，單獨研究ACTN3基因多態(tài)性與運動能力的相關(guān)性有重要意義。通過Hapl0VieW4.1分析得知，ACTN3基因C1747T多態(tài)位點屬于標簽SNP，該位點的分布情況可以代表rs618838、rs540874、rsl671064、rs509556、rs677488幾個SNP位點的遺傳信息。中國北方漢族優(yōu)秀冰雪運動員ACTN3基因C1747T多態(tài)位點的基因型頻率分別為CC為47%、TC為38%、TT為15%，等位基因分布頻率分別為C為66%、T為34%。普通對照組的基因型頻率分別為CC為31%、TC為51%、TT為18%，等位基因分布頻率分別為C為56%、T為44%。其中，我國優(yōu)秀冰雪運動員該位點CC基因型分布頻率顯著高于普通對照組(P = 0.031、P = 0.022)。此結(jié)果與Yang在2003年首次報道的對澳大利亞優(yōu)秀速度力量型運動員的研究結(jié)果相一致。與普通人相比，力量速度組運動員的ACTN3基因R577X(C1747T)多態(tài)位點的XX(TT)基因型較少，尤其是在奧運級別 的運動員中沒有XX (TT)基因型。
權(quán)利要求
1.一種測定優(yōu)秀冰雪運動員力量潛能的方法，其特征在于，通過測定α-輔肌動蛋白-3基因(Alpha actin3，簡稱ACTN3)上的R577X(C1747T)位點單核苷酸來進行預(yù)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法其特征是:ACTN3—對引物堿基序列是5’-CAgCAgCAT TCTCCT GTC A-3，和 5，_CCC TTA CCT CCA CCT TCg_3，。擴增 ACTN3 基因 C1747T 位點片斷長度為350bp。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述所得的PCR產(chǎn)物經(jīng)DdeI內(nèi)切酶酶切消化后，具有優(yōu)秀力量潛能的純合型CC被切為144bp和206bp2條帶。而不具備優(yōu)秀力量潛能的純合型TT被切為 47bp、97bp 和 206bp3 條帶`；雜合型 TC 為 47bp、97bp、144bp 和 206bp4 條帶。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測定優(yōu)秀冰雪運動員力量潛能的方法，可以使之應(yīng)用于冰雪運動員的選材，其方法主要是通過通過測定α-輔肌動蛋白-3基因(ACTN3)上的R577X(C1747T)位點單核苷酸來進行預(yù)測的。抽取外周靜脈血并提取DNA。設(shè)計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’。擴增ACTN3基因C1747T位點片斷長度為350bp。PCR產(chǎn)物經(jīng)Dde I內(nèi)切酶酶切消化后，出現(xiàn)3種類型條帶有Dde I酶切位點的純合型TT被切為47bp、97bp和206bp3條帶；沒有Dde I酶切位點的純合型CC為144bp和206bp2條帶；雜合型TC為47bp、97bp、144bp和206bp4條帶。
文檔編號C12Q1/68GK103160586SQ20131010890
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者啜鵬群, 譚睿, 呂嬋, 吳芳春, 熊慧, 關(guān)偉軍 申請人:哈爾濱體育學院