ACTN3基因C1747T多態(tài)位點作為舉重運動員選材用分子標(biāo)記的可行性研究

楊曉琳,胡 揚,李燕春,魏悅爽

ACTN3基因C1747T多態(tài)位點作為舉重運動員選材用分子標(biāo)記的可行性研究

楊曉琳,胡 揚,李燕春,魏悅爽

目的:選取ACTN3基因C1747T多態(tài)位點進行解析,篩選中國舉重運動員選材用分子標(biāo)記。方法:提取94名中國北方漢族優(yōu)秀舉重運動員全血DNA,應(yīng)用 PCR-RFLP方法解析C1747T多態(tài)位點,通過χ2檢驗與206名普通對照組進行分析。結(jié)果:94名中國北方漢族優(yōu)秀舉重運動員的C1747T多態(tài)位點的基因型分布經(jīng)χ2檢驗符合 H-W平衡(χ2=2.04; df=2;P>0.05)。優(yōu)秀舉重運動員組與普通對照組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(CC基因型:31%;C等位基因:56%)相比,舉重運動員組CC基因型(47%)以及 C等位基因(66%)的出現(xiàn)頻率較高。結(jié)論:我國北方漢族人群ACTN3基因C1747T多態(tài)位點的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)位點的CC基因型作為中國北方漢族舉重運動員的選材用分子標(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

在競技舉重運動中,力量對舉重成績起著關(guān)鍵作用,其他運動素質(zhì)主要起保障作用[2]。與此同時,在舉重運動員選材中,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形態(tài)、機能、素質(zhì)等測試指標(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”是亟待研究的問題。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[1],力量素質(zhì)也不例外,這就為舉重運動員的選材開辟了新的途徑。

α -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正常收縮。α -輔肌動蛋白家族在人體中以α -輔肌動蛋白-2和α -輔肌動蛋白-3兩種方式存在。其中,α -輔肌動蛋白-2存在于所有肌纖維類型中,而α -輔肌動蛋白-3則僅存在于骨骼肌的快肌纖維中[11,12,15]。

α -輔肌動蛋白-3基因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α -輔肌動蛋白-3的缺失[15]。但是,該蛋白的缺失并沒有造成任何表型上的疾病[15,18]。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[16]。在眾多對抗阻訓(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,近年來也出現(xiàn)一些不同的觀點,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),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,種族的差異以及研究群體的差異對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,對我國北方漢族優(yōu)秀舉重運動員進行基因解析,以期為中國優(yōu)秀舉重運動員的選材提供分子標(biāo)記。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

優(yōu)秀舉重運動員94名,均為漢族,來自東北三省、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,國際健將 17名,健將 66名,國家一級運動員11名。普通對照組206名,均為漢族,來自東北三省、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,且體育活動正常,體檢合格,并無家族運動史。

2.2 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 Primer 5.0軟件設(shè)計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擴增片段長度為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)計方法

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

3 結(jié)果

擴增ACTN3基因C1747 T位點片斷長度為350 bp。由于DdeⅠ酶識別C↓TNAG序列,而在 PCR產(chǎn)物中,在145 bp處有此序列,且沒有多態(tài),必然切開。位于 48 bp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)DdeⅠ內(nèi)切酶酶切消化后,出現(xiàn)3種類型條帶:有DdeⅠ酶切位點的純合型 TT被切為47 bp、97 bp和206 bp 3條帶;沒有DdeⅠ酶切位點的純合型 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名中國北方漢族優(yōu)秀舉重運動員的C1747 T多態(tài)位點的基因型分布符合 H-W平衡(χ2=2.04;df=2),男、女舉重運動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)。普通對照組數(shù)據(jù)為本實驗室前期實驗所得[4],數(shù)據(jù)見表1和圖2。

表1 ACTN3基因C1747T多態(tài)位點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)秀舉重運動員組與普通對照組的 ACTN3基因C1747 T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,舉重運動員組的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(dāng)把男性和女性分開后,男性對照組與男性舉重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,女性對照組與女性舉重運動員組之間也沒有顯著性差異。但是,CC基因型在男性舉重運動員組中的分布頻率仍然高于男性對照組(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(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等人通過對不同物種α -輔肌動蛋白家族中的α -輔肌動蛋白-2和α -輔肌動蛋白-3的研究發(fā)現(xiàn),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[11]。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 Haploview 4.1分析得知,ACTN3基因C1747 T多態(tài)位點屬于標(biāo)簽SNP,該位點的分布情況可以代表 rs618838、rs540874、rs1671064、rs509556、rs677488幾個SNP位點的遺傳信息(圖3)。

本研究發(fā)現(xiàn),中國北方漢族優(yōu)秀舉重運動員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)秀舉重運動員該位點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。他們的研究發(fā)現(xiàn),與普通人相比,力量速度組運動員的ACTN3基因R577X(C1747 T)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[16]。Anastasiya等人對486名俄羅斯力量運動員的研究也表明,該位點在優(yōu)秀力量運動員中XX(TT)基因型和X(T)等位基因的分布頻率顯著低于普通對照組,優(yōu)秀運動員組 XX (TT)基因型頻率最低[6]。近年來多數(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[10]。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[6]。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100 m速度明顯快于基因型為CC和 TC者[3]。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[7]。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(dāng)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[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[16]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200 m以內(nèi)游泳項目、800 m以內(nèi)跑項目,還有速滑項目,與本研究單一的舉重運動員有所不同。而且,Yang的研究中,女性速度力量型運動員組只有7人,本研究女性舉重運動員有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)生的來源。

5 結(jié)論

研究表明,優(yōu)秀舉重運動員中攜帶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)秀舉重運動員選材用分子標(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

科技部支撐計劃(2005DKA21300-9)。

楊曉琳(1984-),女,河南鄭州人,在讀碩士研究生,研究方向為運動分子生物學(xué)及低氧訓(xùn)練,Tel:(010) 62989306,E-mail:yxl_lyn@163.com;胡揚(1958-),男,江蘇揚州人,教授,博士,博士研究生導(dǎo)師,研究方向為運動分子生物學(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.