楊曉琳,胡 揚(yáng),李燕春,魏悅爽

ACTN3基因C1747T多態(tài)位點(diǎn)作為舉重運(yùn)動(dòng)員選材用分子標(biāo)記的可行性研究

楊曉琳,胡 揚(yáng),李燕春,魏悅爽

目的:選取ACTN3基因C1747T多態(tài)位點(diǎn)進(jìn)行解析,篩選中國(guó)舉重運(yùn)動(dòng)員選材用分子標(biāo)記。方法:提取94名中國(guó)北方漢族優(yōu)秀舉重運(yùn)動(dòng)員全血DNA,應(yīng)用 PCR-RFLP方法解析C1747T多態(tài)位點(diǎn),通過(guò)χ2檢驗(yàn)與206名普通對(duì)照組進(jìn)行分析。結(jié)果:94名中國(guó)北方漢族優(yōu)秀舉重運(yùn)動(dòng)員的C1747T多態(tài)位點(diǎn)的基因型分布經(jīng)χ2檢驗(yàn)符合 H-W平衡(χ2=2.04; df=2;P>0.05)。優(yōu)秀舉重運(yùn)動(dòng)員組與普通對(duì)照組ACTN3基因C1747T多態(tài)位點(diǎn)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(duì)照組(CC基因型:31%;C等位基因:56%)相比,舉重運(yùn)動(dòng)員組CC基因型(47%)以及 C等位基因(66%)的出現(xiàn)頻率較高。結(jié)論:我國(guó)北方漢族人群ACTN3基因C1747T多態(tài)位點(diǎn)的CC基因型和C等位基因與優(yōu)秀的力量素質(zhì)顯著相關(guān)?？梢詫CTN3基因C1747T多態(tài)位點(diǎn)的CC基因型作為中國(guó)北方漢族舉重運(yùn)動(dòng)員的選材用分子標(biāo)記。

ACTN3;力量素質(zhì);單核苷酸多態(tài);基因型;快肌纖維;舉重

1 前言

在競(jìng)技舉重運(yùn)動(dòng)中,力量對(duì)舉重成績(jī)起著關(guān)鍵作用,其他運(yùn)動(dòng)素質(zhì)主要起保障作用[2]。與此同時(shí),在舉重運(yùn)動(dòng)員選材中,力量素質(zhì)的好壞也是選擇“力量型苗子”的主要依據(jù)[2]。以往研究多集中在針對(duì)形態(tài)、機(jī)能、素質(zhì)等測(cè)試指標(biāo)的研究方面[5],如何更加科學(xué)地在青少年中選出“力量型苗子”是亟待研究的問(wèn)題。眾多研究表明,杰出運(yùn)動(dòng)能力很大程度上受控于相應(yīng)基因[1],力量素質(zhì)也不例外,這就為舉重運(yùn)動(dòng)員的選材開(kāi)辟了新的途徑。

α -輔肌動(dòng)蛋白分布在骨骼肌 Z線,是肌動(dòng)蛋白的結(jié)合蛋白,它通過(guò)與細(xì)肌絲相結(jié)合維持著肌纖維的有序排列和正常收縮。α -輔肌動(dòng)蛋白家族在人體中以α -輔肌動(dòng)蛋白-2和α -輔肌動(dòng)蛋白-3兩種方式存在。其中,α -輔肌動(dòng)蛋白-2存在于所有肌纖維類型中,而α -輔肌動(dòng)蛋白-3則僅存在于骨骼肌的快肌纖維中[11,12,15]。

α -輔肌動(dòng)蛋白-3基因ACTN3上的 R577X(C1747T)位點(diǎn)存在單核苷酸多態(tài),該位點(diǎn)的C-T突變會(huì)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α -輔肌動(dòng)蛋白-3的缺失[15]。但是,該蛋白的缺失并沒(méi)有造成任何表型上的疾病[15,18]。在關(guān)于ACTN3基因的報(bào)道中,Yang對(duì)澳大利亞優(yōu)秀男女速度力量型運(yùn)動(dòng)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(duì)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(lái)說(shuō)是優(yōu)勢(shì)等位基因[16]。在眾多對(duì)抗阻訓(xùn)練效果的研究中,也均發(fā)現(xiàn)R等位基因攜帶者的訓(xùn)練敏感性更高[7,8,13,14,17]。但是,近年來(lái)也出現(xiàn)一些不同的觀點(diǎn),對(duì)中國(guó)漢族男性軍人ACTN3基因C1747多態(tài)位點(diǎn)的研究發(fā)現(xiàn),基因型為 TT的漢族男性軍人100 m速度明顯快于基因型為CC和CT者[3]。由此看來(lái),種族的差異以及研究群體的差異對(duì)ACTN3基因多態(tài)性的影響頗大。盡管研究結(jié)果各異,但是,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(diǎn),對(duì)我國(guó)北方漢族優(yōu)秀舉重運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行基因解析,以期為中國(guó)優(yōu)秀舉重運(yùn)動(dòng)員的選材提供分子標(biāo)記。

2 研究對(duì)象與方法

2.1 研究對(duì)象

優(yōu)秀舉重運(yùn)動(dòng)員94名,均為漢族,來(lái)自東北三省、北京、天津、內(nèi)蒙河套地區(qū)和山東等省(市)的平原地區(qū),其中,國(guó)際健將 17名,健將 66名,國(guó)家一級(jí)運(yùn)動(dòng)員11名。普通對(duì)照組206名,均為漢族,來(lái)自東北三省、北京、天津、內(nèi)蒙河套地區(qū)和山東等省(市)的平原地區(qū),未經(jīng)任何專業(yè)訓(xùn)練,且體育活動(dòng)正常,體檢合格,并無(wú)家族運(yùn)動(dòng)史。

2.2 實(shí)驗(yàn)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 Primer 5.0軟件設(shè)計(jì)PCR引物。引物由上海生工生物工程有限公司合成。引物序列為:上引物:5’-CAg CAg CAT TCT CCT GTC A-3’;下引物:5’-CCC TTA CCT CCA CCT TCg-3’。PCR擴(kuò)增片段長(zhǎng)度為350 bp。PCR產(chǎn)物經(jīng)DdeⅠ內(nèi)切酶消化后用2%的瓊脂糖凝膠電泳分型。

2.3 統(tǒng)計(jì)方法

本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用 SPSS 13.0 for Windows,計(jì)算各組人群的等位基因頻率和基因型頻率,通過(guò)χ2檢驗(yàn)計(jì)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χ2檢驗(yàn),顯著性水平定為0.05。

3 結(jié)果

擴(kuò)增ACTN3基因C1747 T位點(diǎn)片斷長(zhǎng)度為350 bp。由于DdeⅠ酶識(shí)別C↓TNAG序列,而在 PCR產(chǎn)物中,在145 bp處有此序列,且沒(méi)有多態(tài),必然切開(kāi)。位于 48 bp處的該多態(tài)位點(diǎn)則會(huì)產(chǎn)生有酶切位點(diǎn)和無(wú)酶切位點(diǎn)兩種情況。因此,PCR產(chǎn)物經(jīng)DdeⅠ內(nèi)切酶酶切消化后,出現(xiàn)3種類型條帶:有DdeⅠ酶切位點(diǎn)的純合型 TT被切為47 bp、97 bp和206 bp 3條帶;沒(méi)有DdeⅠ酶切位點(diǎn)的純合型 CC為144 bp和206 bp 2條帶;雜合型 TC為 47 bp、97 bp、144 bp和206 bp 4條帶(圖1)。

圖1 ACTN3基因C1747T多態(tài)位點(diǎn)PCR-RFLP瓊脂糖分型圖Figure 1. The PCR-RFLP Products of C1747T Polymorphism in ACTN3 G ene

94名中國(guó)北方漢族優(yōu)秀舉重運(yùn)動(dòng)員的C1747 T多態(tài)位點(diǎn)的基因型分布符合 H-W平衡(χ2=2.04;df=2),男、女舉重運(yùn)動(dòng)員組的基因型分布也均符合 H-W平衡(分別為χ2=0.24,df=2;χ2=2.07,df=2)。普通對(duì)照組數(shù)據(jù)為本實(shí)驗(yàn)室前期實(shí)驗(yàn)所得[4],數(shù)據(jù)見(jiàn)表1和圖2。

表1 ACTN3基因C1747T多態(tài)位點(diǎn)基因型及等位基因分布頻率一覽表Table1.The Distribution of G enotype and Allele Frequencies of C1747T Polymorphism in the ACTN3 G ene

優(yōu)秀舉重運(yùn)動(dòng)員組與普通對(duì)照組的 ACTN3基因C1747 T多態(tài)位點(diǎn)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(duì)照組相比,舉重運(yùn)動(dòng)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(dāng)把男性和女性分開(kāi)后,男性對(duì)照組與男性舉重運(yùn)動(dòng)員組之間無(wú)論基因型分布還是等位基因分布均無(wú)顯著性差異,女性對(duì)照組與女性舉重運(yùn)動(dòng)員組之間也沒(méi)有顯著性差異。但是,CC基因型在男性舉重運(yùn)動(dòng)員組中的分布頻率仍然高于男性對(duì)照組(44%、30%),C等位基因的分布頻率也呈現(xiàn)此情況(65%、55%)。女性舉重運(yùn)動(dòng)員組的CC基因型和C等位基因的分布頻率也高于女性對(duì)照組(48%、33%;66%、58%)。

圖2 各組基因型頻率分布情況示意圖Figure 2. The Distribution of G enotype of C1747T Polymorphism in Each G roup

4 分析與討論

Michelle等人通過(guò)對(duì)不同物種α -輔肌動(dòng)蛋白家族中的α -輔肌動(dòng)蛋白-2和α -輔肌動(dòng)蛋白-3的研究發(fā)現(xiàn),ACNT3的作用機(jī)制獨(dú)立于ACTN2,而且它的序列在進(jìn)化進(jìn)程中具有高度的保守性。在胚胎發(fā)育過(guò)程中,無(wú)論是時(shí)間上還是空間上,ACTN2和ACTN3基因的表達(dá)都相互獨(dú)立[11]。因此,單獨(dú)研究ACTN3基因多態(tài)性與運(yùn)動(dòng)能力的相關(guān)性有重要意義。通過(guò) Haploview 4.1分析得知,ACTN3基因C1747 T多態(tài)位點(diǎn)屬于標(biāo)簽SNP,該位點(diǎn)的分布情況可以代表 rs618838、rs540874、rs1671064、rs509556、rs677488幾個(gè)SNP位點(diǎn)的遺傳信息(圖3)。

本研究發(fā)現(xiàn),中國(guó)北方漢族優(yōu)秀舉重運(yùn)動(dòng)員ACTN3基因C1747T多態(tài)位點(diǎn)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(duì)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(guó)優(yōu)秀舉重運(yùn)動(dòng)員該位點(diǎn)CC基因型分布頻率顯著高于普通對(duì)照組(P=0.031、P= 0.022)。此結(jié)果與 Yang在2003年首次報(bào)道的對(duì)澳大利亞優(yōu)秀速度力量型運(yùn)動(dòng)員的研究結(jié)果相一致。他們的研究發(fā)現(xiàn),與普通人相比,力量速度組運(yùn)動(dòng)員的ACTN3基因R577X(C1747 T)多態(tài)位點(diǎn)的 XX(TT)基因型較少,尤其是在奧運(yùn)級(jí)別的運(yùn)動(dòng)員中沒(méi)有XX(TT)基因型[16]。Anastasiya等人對(duì)486名俄羅斯力量運(yùn)動(dòng)員的研究也表明,該位點(diǎn)在優(yōu)秀力量運(yùn)動(dòng)員中XX(TT)基因型和X(T)等位基因的分布頻率顯著低于普通對(duì)照組,優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員組 XX (TT)基因型頻率最低[6]。近年來(lái)多數(shù)研究均得到了與此一致的結(jié)果[8,14,17]。

圖3 標(biāo)簽SNP分析圖Figure 3. The Analysis of the Tagger SNP

多數(shù)研究表明,ACTN3基因的577R(C)等位基因?qū)τ诹α克刭|(zhì)和速度素質(zhì)運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)是優(yōu)勢(shì)等位基因。在進(jìn)行力量性運(yùn)動(dòng)時(shí),ACTN3蛋白在快肌纖維中的表達(dá)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(yùn)動(dòng)員。Lucia等人曾報(bào)道,一位獲得過(guò)兩次奧運(yùn)會(huì)獎(jiǎng)牌的西班牙優(yōu)秀跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員是 XX(TT)型[10]。對(duì)俄羅斯力量運(yùn)動(dòng)員的研究也發(fā)現(xiàn),一位高水平鏈球運(yùn)動(dòng)員是XX(TT)型[6]。而且,近年來(lái)也有研究得到了與本研究不同的結(jié)論。對(duì)中國(guó)漢族男性軍人ACTN3基因C1747多態(tài)位點(diǎn)的研究發(fā)現(xiàn),TT基因型的漢族男性軍人100 m速度明顯快于基因型為CC和 TC者[3]。但是,該研究對(duì)象是普通人群,不是優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員,即使百米成績(jī)?cè)诟骰蛐椭写嬖诓町?也不能直接用于優(yōu)秀力量運(yùn)動(dòng)員選材。

Vincent等人按照ACTN3基因R577X位點(diǎn)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(guò)肌肉活檢和免疫組化的方法,對(duì)受試者的肌纖維類型分布、ACTN3蛋白含量進(jìn)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[7]。該研究為RR(CC)基因型有益于快肌纖維的形成提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。當(dāng)然,也不排除其他信號(hào)通路和酶類對(duì)肌纖維類型的調(diào)節(jié)作用[12]。

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 RX(TC)以及RR(CC)基因型攜帶者[9]。但本研究發(fā)現(xiàn),男性運(yùn)動(dòng)員組、女性運(yùn)動(dòng)員組與男、女對(duì)照組的基因型分布和等位基因分布沒(méi)有顯著性差異。研究結(jié)果的差異一方面來(lái)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(yùn)動(dòng)員為受試者;另一方面,也可能來(lái)源于受試者種族的不同。此外,Yang的研究[16]發(fā)現(xiàn)女性速度或力量型運(yùn)動(dòng)員中沒(méi)有 TT型,與本研究中女性力量運(yùn)動(dòng)員組中有9人(16%)是 TT型不同。但 Yang的研究中運(yùn)動(dòng)員組的項(xiàng)目眾多,有200 m以內(nèi)游泳項(xiàng)目、800 m以內(nèi)跑項(xiàng)目,還有速滑項(xiàng)目,與本研究單一的舉重運(yùn)動(dòng)員有所不同。而且,Yang的研究中,女性速度力量型運(yùn)動(dòng)員組只有7人,本研究女性舉重運(yùn)動(dòng)員有58人,人數(shù)的差異也可能導(dǎo)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(lái)源。

5 結(jié)論

研究表明,優(yōu)秀舉重運(yùn)動(dòng)員中攜帶CC基因型和C等位基因者顯著多于普通人群對(duì)照組,ACTN3基因C1747T多態(tài)位點(diǎn)的CC基因型可以作為我國(guó)北方漢族優(yōu)秀舉重運(yùn)動(dòng)員選材用分子標(biāo)記。

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Feasible Research of the Gene Mark for Chinese Weightlifting Athlete Selection through the SNP C1747T in ACTN3 Gene

YANG Xiao-lin,HU Yang,LI Yan-chun,WEI Yue-shuang

Abstract:The purpose of this study is to filter the genetic mark for Chinese weightlifting athlete selection through analyzing the single nucleotide polymorphism C1747 T in ACTN3 gene.Methods:94 elite weightlifting athletes of Han nationality from northern part of China were selected and distribution of genotype was got using PCR-RFLP.ACTN3 genotype and allele frequencies were compared to 206 controls.Results:The frequencies of the ACTN3 CC genotype(47 vs.31%;P=0.031;P<0.05)and C allele(66 vs.56%;P=0.022;P< 0.05)were significantly higher in weightlifting athletes compared to controls.In conclusion, ACTN3 C1747 T polymorphism was associated with weightlifting athlete status in Chinese. Conclusion:The SNP C1747 T could be one of the genetic marks for Chinese weightlifting athlete selection.

α -actinin-3;strength f itness;single nucleotidepolymorphism;genotype;f asttwitch f ibers;weightlif ting

G804.7

A

1000-677X(2010)01-0070-04

2009-07-02;

2009-12-30

科技部支撐計(jì)劃(2005DKA21300-9)。

楊曉琳(1984-),女,河南鄭州人,在讀碩士研究生,研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)分子生物學(xué)及低氧訓(xùn)練,Tel:(010) 62989306,E-mail:yxl_lyn@163.com;胡揚(yáng)(1958-),男,江蘇揚(yáng)州人,教授,博士,博士研究生導(dǎo)師,研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)分子生物學(xué)及低氧訓(xùn)練,Tel:(010)62989208,E-mail:hyyr1@163.com。

北京體育大學(xué),北京100084

Beijing Sport University,Beijing 100084,China.