(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物科技學(xué)院， 湖南 長沙 410128;2.禽畜遺傳改良湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410128)

0 引言

馬不但經(jīng)歷了長期的自然選擇，表現(xiàn)為躲避敵害及長距離遷徙的能力，并且經(jīng)過6 000年的人工選擇，作為工業(yè)化時代之前的重要畜力更著重對其運動能力的選擇，這些進(jìn)化馴化的過程使得馬具有卓越的運動能力，因此，馬一直是科學(xué)界研究運動模式的重要物種。馬的運動性狀是可遺傳的，因此在基因組學(xué)研究上有其重要價值。傳統(tǒng)馬匹選育的核心理論在于，認(rèn)為具有優(yōu)秀運動表現(xiàn)的馬匹，他們的后代也會繼承父母的優(yōu)異運動性狀。因此，早期的歐美馬主依據(jù)詳細(xì)的馬匹譜系資料選取具有突出運動能力的馬匹作為種馬。隨著現(xiàn)代遺傳學(xué)理論的建立和發(fā)展，Gaffney 和 Cunningham的研究表明盡管馬匹的運動性狀是復(fù)雜的，會受到環(huán)境、營養(yǎng)、訓(xùn)練、管理等因素的影響，但有35%～55%的運動潛質(zhì)是可以遺傳給后代的。

1 馬可作為運動基因組研究的模式生物

早期將馬作為運動模型所選擇的研究對象，主要是以賽馬及其馬術(shù)運動為主的純血馬。純血馬歷經(jīng)400多年的人工選擇，長期定向的人工選擇使得純血馬具備了優(yōu)良的運動素質(zhì)：強大的心血管系統(tǒng)，強健的肌肉和骨骼使得純血馬可以高速完成賽程。Georges、Sellner、Goddard 和 Hayes等多人的研究發(fā)現(xiàn)：較小的起始培育群體，強烈持續(xù)的對運動能力的人工選擇，使得純血馬成為絕佳的運動能力研究模式動物，用以研究揭示基因組中存在選擇效應(yīng)的運動能力相關(guān)區(qū)域，從而挖掘運動能力候選基因，探索運動能力同基因功能之間的互作關(guān)系。

2 馬運動基因組研究現(xiàn)狀

Gu(2009)等人首先采用全基因組關(guān)聯(lián)分析揭示了賽馬存在陽性選擇區(qū)域，即表現(xiàn)強烈人工選擇的區(qū)域。隨后在這些區(qū)域中發(fā)現(xiàn)并精確定位克隆了一系列有關(guān)能量代謝，氧化磷酸化，骨骼肌肌肉結(jié)構(gòu)和發(fā)育的基因[1]。在這些基因中，研究者們第一次發(fā)現(xiàn)了賽馬中存在名為編碼肌肉生長抑制素(MSTN)的“速度基因”。速度基因內(nèi)含子中一個位點的突變與純血馬在賽場中不同比賽距離奪冠可能性有極其顯著的關(guān)聯(lián)。以人類運動員做個比喻，簡單來說這個速度基因決定馬適合進(jìn)行短跑還是長跑。發(fā)現(xiàn)了速度基因以后，研究者們又進(jìn)行了速度基因遺傳機理的研究。研究者們發(fā)現(xiàn)擁有適合短跑或是長跑基因型的馬在進(jìn)行訓(xùn)練過程中，它們的mRNA基因表達(dá)水平有顯著不同。這項研究表明，MSTN基因并不是通過改變蛋白合成來影響馬的運動性狀，而是通過表達(dá)調(diào)控來進(jìn)行的。隨后，研究者們采用最新問世的可以大規(guī)模同時掃描5萬個SNP遺傳標(biāo)記的馬全基因組SNP基因芯片，以118匹世界冠軍賽馬作為研究對象，運用全基因組關(guān)聯(lián)分析(GWAS)系統(tǒng)全面的分析了在馬全基因組中可能存在的同運動性狀顯著相關(guān)的基因。結(jié)果研究者發(fā)現(xiàn)了有超過40余個同賽馬運動績效有極其顯著相關(guān)的基因，而在這些基因中，MSTN表現(xiàn)最為顯著的。除此以外，研究者們還發(fā)現(xiàn)肌酸激酶肌肉型(CKM)、過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α(PGC-1α)、丙酮酸脫氫酶激酶4(PDK4)和細(xì)胞色素c氧化酶亞基4，2亞型(COX4I2)也同賽馬運動性狀有顯著相關(guān)。研究者們還利用分子遺傳學(xué)、古老DNA、群體遺傳學(xué)等對賽馬運動基因的起源進(jìn)行了鑒定。

系統(tǒng)的研究表明：在這一系列運動性能候選區(qū)間中，研究者們發(fā)現(xiàn)顯著相關(guān)的SNP突變均為基因間SNPs，期望后續(xù)研究能對其影響的遠(yuǎn)端調(diào)控元件和相關(guān)靶基因進(jìn)行搜索和鑒別，以期尋找到影響馬運動性能的因果基因和重要遠(yuǎn)端長距離調(diào)控元件。

3 結(jié)語

由于馬的基因組同人類基因組序列有一定相似性，且馬同人類遺傳疾病具有相似的發(fā)病機理和遺傳背景，這都表明馬很適宜作為非嚙齒類大型模式生物進(jìn)行研究，從而期望可以對解析人類運動方面的一些復(fù)雜疾病和性狀，如強直性周期性癱瘓、惡性高熱、多糖貯積癥、瓦爾敦堡綜合征II型、遺傳性肌陣攣、運動能力等機理做出有益貢獻(xiàn)。