高鵬華，張志明

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ACTN3基因R577X多態(tài)性在運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目選材中的應(yīng)用

高鵬華1，張志明2

目的：探討ACTN3基因R577X多態(tài)性頻率分布在不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目選材中的應(yīng)用及相關(guān)性的研究。方法：應(yīng)用熒光實(shí)時(shí)定量PCR法對(duì)西安體育學(xué)院112名一級(jí)和二級(jí)運(yùn)動(dòng)員與西北大學(xué)120名普通學(xué)生進(jìn)行對(duì)比研究，分析ACTN3基因多態(tài)性頻率分布特點(diǎn)。結(jié)果：ACTN3基因R577X多態(tài)位點(diǎn)分布頻率符合Hardy-Weinberg平衡。ACTN3基因R577X雜合子R/X 基因型頻率為71.4%，純合子R/R為22.3 %，X/X為6.3%，R/X基因型顯著性多于XX基因型（P<0.05），ACTN3基因R577X多態(tài)位點(diǎn)R等位基因頻率為58%，顯著高于X等位基因頻率42%（P<0.05）。結(jié)論：ACTN3基因R577X基因型與運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)，速度和力量性項(xiàng)目表現(xiàn)與577R等位基因相關(guān)，耐力性項(xiàng)目表現(xiàn)與577X等位基因相關(guān)，從而為運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目選材和運(yùn)動(dòng)員的科學(xué)訓(xùn)練提供參考依據(jù)。

α輔肌動(dòng)蛋白3（ACTN3）；基因多態(tài)性；運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目；選材

ACTN是肌動(dòng)蛋白的結(jié)合蛋白，在骨骼肌中主要分布于Z線，類似于致密體，其作用是固定肌原纖維肌動(dòng)蛋白微絲的排列順序。ACTN3基因位于人類第11號(hào)染色體q13-q14，其第16號(hào)外顯子上存在C→T多態(tài)，使編碼第577位氨基酸的密碼子CGA（編碼精氨酸R）變?yōu)門GA（為終止信號(hào)，不編碼蛋白），從而造成ACTN3的缺失，稱為ACTN3基因R577X多態(tài)性[1]。

目前，世界各體育強(qiáng)國(guó)都在瞄準(zhǔn)ACTN3基因，ACTN3是澳大利亞研究者發(fā)現(xiàn)的一個(gè)與運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)的基因[2]，這一基因是運(yùn)動(dòng)員奪得金牌的秘訣，除了勤奮的訓(xùn)練和科學(xué)的方法，或許還有更加神秘的密碼，那就是運(yùn)動(dòng)基因，運(yùn)動(dòng)基因標(biāo)記作為運(yùn)動(dòng)員和運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目選材指標(biāo)之一，它的重要性在于為傳統(tǒng)的選材方法提高準(zhǔn)確率[3]。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

在西安體育學(xué)院本科、研究生中選取112名一級(jí)和二級(jí)運(yùn)動(dòng)員，同時(shí)并在西北大學(xué)選取120名普通學(xué)生均未經(jīng)過(guò)任何專業(yè)訓(xùn)練，二者作為本次研究的研究對(duì)象，兩組研究對(duì)象在年齡和性別上均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，所有研究對(duì)象均知情同意。

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 通過(guò)對(duì)112名國(guó)家級(jí)和一級(jí)運(yùn)動(dòng)員以及120名普通學(xué)生ACTN3基因多態(tài)性的頻率分布分析，并比較二者相關(guān)研究結(jié)果，得出ACTN3與短跑、舉重這樣需要瞬時(shí)爆發(fā)力項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)能力的相關(guān)性，以及ACTN3基因多態(tài)性頻率分布特征，為運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目基因選材提供依據(jù)。

1.2.2 樣本采集和基因組DNA提取[4]使用普通試管抽取研究對(duì)象外周靜脈血2ml，3000r/min離心5min，及時(shí)分離血清用于DNA提取， DNA提取方法為經(jīng)典酚-氯仿抽提法，試劑盒采用上海生物工程有限公司試劑，所有提取完的DNA樣本均-20℃冷凍藏。

1.2.3 PCR 引物設(shè)計(jì)與合成 根據(jù)美國(guó)國(guó)立醫(yī)學(xué)圖書館PUBMED上ACTN3基因序列（rs1815739），使用Primer5.0軟件設(shè)計(jì)上下游引物和檢測(cè)探針，上游引物為5′-GGGCAGGCTT CTGACCCACT-3′，下游引物為5′- CAACACTGCC CGAGGCTG-3′，R 等位基因: FAM-5′-CGCTCTCGGTCAGC-3′; X等位基因: VIC-5′-TCGCTCTCAGTCAGC-3′），上述檢測(cè)探針和引物均由上海生物工程有限公司合成。

1.2.4 基因多態(tài)性檢測(cè)及分型結(jié)果判定 使用美國(guó)應(yīng)用生物系統(tǒng)ABI 7300實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀進(jìn)行多態(tài)性檢測(cè)，PCR反應(yīng)體系如下：研究對(duì)象模板DNA 5μl，TaqMan通用反應(yīng)試劑30μl，上、下游引物及檢測(cè)探針各0.5μl，最后用雙蒸水補(bǔ)足總反應(yīng)體積為50μl，反應(yīng)條件分別為先94℃變性8min后92℃20s和55℃50s共40個(gè)循環(huán)，熒光檢測(cè)期為55℃50s，如果檢測(cè)結(jié)果為單一FAM黑色報(bào)告曲線即為RR基因型或?yàn)閱我籚IC綠色報(bào)告曲線則為XX型，如果黑色和綠色兩個(gè)曲線均出現(xiàn)則為雜合子RX。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件處理?；蛐皖l率和等位基因頻率間比較采用卡方檢驗(yàn)，采用Hardy-Weinberg 遺傳平衡定律檢驗(yàn)研究對(duì)象是否具有群體代表性，以<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

經(jīng)Hardy-Weinberg平衡檢驗(yàn)，112名一級(jí)和二級(jí)運(yùn)動(dòng)員以及120名普通學(xué)生卡方值為0.51，則P>0.05，基因頻率分布達(dá)到遺傳平衡。結(jié)果表明，本研究所選擇的受試對(duì)象具有群體代表性。本研究從二者的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目特點(diǎn)、基因型和ACTN3基因多態(tài)頻率分布特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比研究。

2.1 運(yùn)動(dòng)員組與普通學(xué)生組ACTN3基因多態(tài)性頻率分布特點(diǎn)比較

表1 ACTN3基因多態(tài)性頻率分布特點(diǎn)

西安體院運(yùn)動(dòng)員與西北大學(xué)普通學(xué)生ACTN3基因多態(tài)性頻率分布特點(diǎn)進(jìn)行比較，經(jīng)Hardy-Weinberg平衡檢驗(yàn)，基因頻率分布達(dá)到遺傳平衡（χ=3.44-，>0.05），表明所選擇的受試對(duì)象具有群體代表性。從上述比較結(jié)果清楚看出，西安體院運(yùn)動(dòng)員ACTN3基因多態(tài)性頻率分布為R/R型22.3%（25／112），R/X型71.4%（80／112），X/X型6.3%（7／112），R型等位基因頻率58%，X型等位基因的頻率為42%，可見(jiàn)R型等位基因頻率明顯高于X型等位基因的頻率，西北大學(xué)普通學(xué)生ACTN3基因多態(tài)性頻率分布為R/R型36.5%（44／120），R/X型55.1%（66／120），X/X型8.4%（10／120），R型等位基因頻率64.2%，X型等位基因的頻率為35.8%，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果顯示兩組間基因型頻率均有顯著性差異，等位基因頻率也有顯著性差異。

2.2 男女分組比較ACTN3基因多態(tài)頻率分布特點(diǎn)

表2 男女分組比較ACTN3基因多態(tài)性頻率分布特點(diǎn)

男女分組后，西安體院男性運(yùn)動(dòng)員ACTN3基因多態(tài)性頻率分布為R/R型14.8%（10／68），R/X型77.9%（53／68），X/X型7.4%（5／68），R型等位基因頻率53.7%，X型等位基因的頻率為46.3%，可見(jiàn)R型等位基因頻率明顯高于X型等位基因的頻率，西北大學(xué)普通男性學(xué)生ACTN3基因多態(tài)性頻率分布為R/R型52.9（37／70），R/X型37.1%（26／70），X/X型10%（7／70），R型等位基因頻率71.4%，X型等位基因的頻率為28.6%。西安體院女性運(yùn)動(dòng)員ACTN3基因多態(tài)性頻率分布為R/R型34.1%（15／44），R/X型61.4%（27／44），X/X型4.5%（2／44），R型等位基因頻率64.8%，X型等位基因的頻率為35.2%，可見(jiàn)R型等位基因頻率明顯高于X型等位基因的頻率，西北大學(xué)普通女性學(xué)生ACTN3基因多態(tài)性頻率分布為R/R型14%（7／50），R/X型80%（40／50），X/X型6%（3／50），R型等位基因頻率54%，X型等位基因的頻率為46%，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果顯示兩組間基因型頻率均有顯著性差異，等位基因頻率也有顯著性差異。

2.3 不同項(xiàng)目類型運(yùn)動(dòng)員組ACTN3基因型分布特點(diǎn)

表3 ACTN3基因多態(tài)性頻率分布特點(diǎn)

體院運(yùn)動(dòng)員爆發(fā)力項(xiàng)目與耐力項(xiàng)目之間ACTN3基因多態(tài)性頻率分布特點(diǎn)進(jìn)行比較，爆發(fā)力項(xiàng)目R/R型12.9%（8／62），R/X型85.8%（53／62），X/X型1.6%（1／62），R型等位基因頻率71.8%，X型等位基因的頻率為28.2%，可見(jiàn)R型等位基因頻率明顯高于X型等位基因的頻率。耐力性項(xiàng)目R/R型34%（17／50），R/X型54%（27／50），X/X型12%（6／50），R型等位基因頻率39%，X型等位基因的頻率為61%，可見(jiàn)X型等位基因頻率明顯高于R型等位基因的頻率。

3 分析討論

3.1 α輔肌動(dòng)蛋白和ACTN3基因

α-輔肌動(dòng)蛋白（ACTN）與致密體類似，存在于骨骼肌中，主要分布于Z線，是肌動(dòng)蛋白的結(jié)合蛋白，其作用是固定肌原纖維肌動(dòng)蛋白微絲的排列順序。ACTN有三種存在形式——ACTN1、ACTN2和ACTN3。人類只有ACTN2（1q42-q43）和ACTN3（11q13-q14）[5]，其中ACTN2存在于骨骼肌和心肌的所有肌纖維類型中，而ACTN3僅存在于骨骼肌的快肌纖維中[6]。在骨骼肌內(nèi)，這兩種α-輔肌動(dòng)蛋白是組成Z線的主要蛋白，他們形成格柵結(jié)構(gòu)幫組定位肌原纖維的肌動(dòng)蛋白微絲，穩(wěn)固肌肉收縮裝置[7]。

3.2 運(yùn)動(dòng)員組與普通學(xué)生組ACTN3基因多態(tài)性頻率分布特點(diǎn)比較

從表1中可以看出：西安體院運(yùn)動(dòng)員與西北大學(xué)普通學(xué)生ACTN3基因多態(tài)性頻率分布特點(diǎn)進(jìn)行比較，純合子X(jué)X、RR、RX基因型均有顯著性差異，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P〈0.05）。112名體院運(yùn)動(dòng)員R型等位基因頻率（58%）顯著高于西大普通學(xué)生（42%），這種結(jié)果可能是運(yùn)動(dòng)員長(zhǎng)期系統(tǒng)專業(yè)的訓(xùn)練使體內(nèi)擁有一種“Actinen A”的物質(zhì)，這種物質(zhì)可以改進(jìn)與瞬間速度有關(guān)的肌肉纖維，而這些肌肉纖維可以使運(yùn)動(dòng)員跑得更快。Actinen A來(lái)源于速度的助推劑——ACTN3（α輔肌動(dòng)蛋白3）基因。

3.3 男女分組比較ACTN3基因多態(tài)性頻率分布特點(diǎn)

從表2統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果顯示兩組間基因型頻率均有顯著性差異，等位基因頻率也有顯著性差異。目前研究發(fā)現(xiàn)至少200多種基因可能與運(yùn)動(dòng)有關(guān)，每種基因的研究?jī)r(jià)值與其研究對(duì)象的種族、地域、性別、運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目特性密切相關(guān)，即使同一基因在不同人群中的選擇可能導(dǎo)致完全不同的研究結(jié)果[8,9]，如何在眾多的候選運(yùn)動(dòng)基因中選擇出適宜某種運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的最佳基因還需面臨不少的問(wèn)題。

3.4 ACTN3基因多態(tài)性分布特點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目

輔機(jī)動(dòng)蛋白3（ACTN3）則是科學(xué)家研究最早最為透徹的運(yùn)動(dòng)基因。這種基因的R型變異可能讓人體生成一種存在于快肌纖維中的蛋白質(zhì)，為人體提供爆發(fā)力，而X型變異則會(huì)抑制這種蛋白質(zhì)的生成[10]。ACTN3基因也因此得名“速度基因”。在短跑、舉重這樣需要瞬時(shí)爆發(fā)力項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)員中，這個(gè)正?；虻臄y帶比例高達(dá)92%。而在中長(zhǎng)跑等耐力項(xiàng)目中，這個(gè)基因出現(xiàn)的頻率只有20%—30%[3]。澳大利亞Yang[4]等的研究結(jié)果顯示男女爆發(fā)型運(yùn)動(dòng)員ACTN3基因型與對(duì)照組相比都有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05）。所以本研究與國(guó)外研究結(jié)果呈現(xiàn)較高的一致性。

4 結(jié) 論

（1）本研究對(duì)象ACTN3基因R577X多態(tài)性頻率分布與國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)果基本一致，并且，無(wú)論是運(yùn)動(dòng)員的能力和水平還是年齡段的選擇都比較具有代表性，本研究結(jié)果不僅可以作為選拔優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員ACTN3基因R577X多態(tài)頻率分布的代表，而且對(duì)于杰出爆發(fā)力項(xiàng)目（短跑、舉重）的多態(tài)性標(biāo)記研究來(lái)講是理想的對(duì)照群體。

（2）本研究對(duì)象的ACTN3基因R577X多態(tài)頻率分布特點(diǎn)與不同項(xiàng)目類型有很大的相關(guān)性，在短跑、舉重這樣需要瞬時(shí)爆發(fā)力項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)員中，基因攜帶比例較高，而在中長(zhǎng)跑等耐力項(xiàng)目中，該基因出現(xiàn)的頻率較低。ACTN3基因也因此得名“速度基因”。

（3）本研究結(jié)果對(duì)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目和能力的預(yù)測(cè)、評(píng)定以及科學(xué)選材系統(tǒng)的建立將有十分重要的意義。有望從根本上解決競(jìng)技體育早期選材、早期培養(yǎng)和科學(xué)監(jiān)控的難題。

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Application of ACTN3 Gene Polymorphisms R577X for Selection of Sports

GAO Penghua1, ZHANG Zhiming2

Objective: To investigate the frequency distribution ACTN3 gene R577X polymorphism in the application and correlation of selection of different sports. Methods: Real-time PCR method for Xi'an Institute of Physical Education 112 Primary and secondary athletes and regular students at Northwestern University 120 comparative study, analysis ACTN3 gene polymorphism frequency distribution characteristics. Results: ACTN3 gene R577X frequency distribution of polymorphic loci in Hardy-Weinberg equilibrium. ACTN3 gene heterozygous R577X R / X genotypes were 71.4%, homozygous R / R was 22.3%, X / X was 6.3%, R / X genotype significantly more than XX genotype （P <0.05）, ACTN3 gene R577X polymorphism loci R allele frequency was 58%, significantly higher than the X allele frequency 42% （P <0.05）. Conclusion: ACTN3 gene R577X genotypes associated with athletic ability, speed and power project performance and 577R allele, Endurance performance and 577X allele, so as to provide reference for scientific selection and training of sports athletes.

ACTN3; Gene polymorphism frequency; Sports; Materials

1007―6891（2015）06―0037―04

10.13932/j.cnki.sctykx.2015.06.10

G804.7

A

2015-05-17

陜西省體育局常規(guī)課題（15019）。

1.西北大學(xué)體育部，陜西西安，710069；2.西安市中心醫(yī)院檢驗(yàn)科，陜西西安，710003。

1. Dept. of P.E., Northwestern University, Xi'an Shaanxi, 710069, China; 2. Dept. of Clinical Laboratory, Xi'an Central Hospital, Xi'an Shaanxi, 710003 , China.