基因技術(shù)在運動員選材中的應(yīng)用

1、.基因技術(shù)在運動員選材中的應(yīng)用運動人科學(xué)學(xué)院 應(yīng)用心理學(xué)專業(yè)10420XX WWBX摘要 研究表明運動能力與遺傳因素有著極大關(guān)聯(lián)，近年來出現(xiàn)的基因技術(shù)，被認(rèn)為可以作為優(yōu)秀運動員選材的高效方法之一。本文運用文獻(xiàn)資料法，綜述了近年來關(guān)于耐力與力量素質(zhì)相關(guān)基因的研究進(jìn)展，初步探討了與運動相關(guān)的基因及基因技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞 基因 多肽性 運動員選材1 前言人類基因組計劃最重要發(fā)現(xiàn)之一是在人類基因組序列中存在基因多態(tài)性現(xiàn)象，包括單核苷酸多態(tài)性（SNP）和短串聯(lián)重復(fù)序列（STR）。基因多態(tài)性不僅作為一種基因組作圖的遺傳標(biāo)記，其本身還可影響基因的功能。關(guān)聯(lián)分析和生化、細(xì)胞水平的分析表明，SNP 可通過影

2、響基因產(chǎn)物，造成細(xì)胞酶活力、信號通路等的改變；分子機(jī)制方面的研究表明，不同類型的 SNP 可通過類似或不同的分子機(jī)制，分別在基因轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯水平、翻譯后蛋白折疊及蛋白的細(xì)胞定位水平對基因功能的發(fā)揮進(jìn)行影響。STR 可能參與基因表達(dá)的調(diào)控、某些基因的重組或者維系著絲點強(qiáng)度保證染色體的三維結(jié)構(gòu)等影響基因的功能?；蚨鄳B(tài)性通過以上機(jī)制影響基因的功能，由此引起個體表型差異（膚色、鼻子、頭發(fā)等）、藥物耐受性差異及疾病易感性差異等。深入研究發(fā)現(xiàn)，基因多態(tài)性還與人群的體質(zhì)特征差異、運動能力的差異以及對運動訓(xùn)練的敏感性和特殊環(huán)境適應(yīng)能力（低氧、高溫）等相關(guān)。因此，把基因多態(tài)性應(yīng)用于體育科學(xué)研究中

3、，從基因水平研究人體運動能力，尋找與運動能力有關(guān)的分子標(biāo)記和訓(xùn)練敏感群體的遺傳學(xué)標(biāo)記，不但為競技體育中早期選材提供思路和幫助，指導(dǎo)運動員訓(xùn)練提供個性化參考依據(jù)，還能為國民體質(zhì)測評及全民健身的個性化運動處方提供理論依據(jù)，從而為推進(jìn)體育科技進(jìn)步、提高我國體育的研究水平做出一定貢獻(xiàn)。12 運動選材的遺傳因素2.1 身體形態(tài)的遺傳度身體形態(tài)是人體最基木的、最直觀的特征之一，是人體運動能力的重要組成部分。一定的形態(tài)結(jié)構(gòu)就必然具有一定的生理機(jī)能;相反生理機(jī)能的改變也必然導(dǎo)致形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)的變化，而且形態(tài)結(jié)構(gòu)與其特征之間也存在一定的必然聯(lián)系。相對來說，不同的體育項目所要求的身體形態(tài)結(jié)構(gòu)也不大一致。比如，體

4、能主導(dǎo)類對抗性項目(如籃球、足球、排球等)運動員的身高要求就比表現(xiàn)難美性項目(如武術(shù)、體操、跳水等)運動員的身高要高。再如體能主導(dǎo)類快速力量性項目(如投擲、舉重等)就比耐力性項目在身體形態(tài)上要求重心要穩(wěn)。因此，在進(jìn)行項目選材時應(yīng)結(jié)合運動項目的特點予以充分考慮，而且指標(biāo)的選擇也要與項目相吻合。從遺傳學(xué)的角度來看，身體形態(tài)的遺傳度比較高，所以在進(jìn)行遺傳學(xué)選材時應(yīng)對預(yù)選者的家庭成員的運動能力進(jìn)行調(diào)查，從而預(yù)測其運動能力的發(fā)展趨勢和可能達(dá)到的最高水平。目前，我國也有學(xué)者進(jìn)行過研究，提出在針對某些運動項目的選材中除個別指標(biāo)外，應(yīng)選擇指標(biāo)較大的運動員，如身體勻稱、身材偏高、身體重心偏低、指距長、肌肉線條長

5、的運動員。22.2 身體素質(zhì)的遺傳度良好的身體素質(zhì)是體質(zhì)增強(qiáng)的一個重要表現(xiàn)，是掌握運動技能，提高動成績以及進(jìn)行特殊專業(yè)訓(xùn)練的重要基礎(chǔ)。一個人運動能力的最主要的幾項運動素質(zhì)都具有一定的遺傳度，其中以反應(yīng)速度(75%)、反應(yīng)潛伏時(86%)、相對力耐力素質(zhì)(有氧耐力70%、無氧耐力85%)和柔韌性素質(zhì)(70%)等的遺傳度較高。因此，在進(jìn)行一些反應(yīng)速度性運動項目時，如快速力量性項目的選材就應(yīng)著重挑選反應(yīng)速度好的，同時也應(yīng)參考反應(yīng)潛伏時的高低。而耐力素質(zhì)所包括的無氧耐力和有氧耐力素質(zhì)，兩者都具有相對較高的遺傳度，所以在一些耐力性項目，比如中長距離跑等的項目中應(yīng)給予高度重視。柔韌性的遺傳度因后天發(fā)展受到

6、了限制，因此，凡是柔韌性要求較高的運動項目，必須考慮其關(guān)鍵部位關(guān)節(jié)的柔韌性。但各關(guān)節(jié)的遺傳度又由于其生理方面的因素而各不相同，如一般艦關(guān)節(jié)為98%，脊柱為79%，肘關(guān)節(jié)為81%，這些指標(biāo)也為我們在進(jìn)行項目選材時，針對不同項目所要求的關(guān)節(jié)活動范圍不同而進(jìn)行有針對性的選材。22.3 智力與個性的遺傳度一個運動員的智力水平與個性特征均受遺傳因素的影響，而且一旦形成就會相當(dāng)穩(wěn)定。我國心理學(xué)者邱宜均認(rèn)為，高水平運動員既是外向型的也是穩(wěn)定性的，而神經(jīng)強(qiáng)度均衡性的遺傳度高達(dá)90%。另有學(xué)者周之華等采用艾克森問卷(PpQ)對63名高水平運動員進(jìn)行個性特征的研究顯示，運動成績與運動員的個性有著密切的關(guān)系;成績優(yōu)

7、良的高水平運動員明顯具有情緒穩(wěn)定的特征，而且情緒的遺傳度為75%。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)高水平運動員的個性指標(biāo)也有著相當(dāng)高的遺傳度。因此，一個優(yōu)秀運動員，要想在任何條件下都能充分表現(xiàn)自己，爭取競賽的勝利，就必須具有良好的智力與突出的個性。22.4 其他方面的遺傳度遺傳因素不僅僅在上述方面發(fā)揮著舉足輕重的作用，同時在及纖維類型、生理機(jī)能、生化指標(biāo)方面都有影響。這些方面在整體上進(jìn)一步對運動員基因選材提供了參考。3 優(yōu)秀運動員基因選材現(xiàn)代競技體育發(fā)展到今天，科學(xué)選材、科學(xué)訓(xùn)練和科學(xué)管理已成為競技運動技術(shù)水平提高的三大要素，而科學(xué)選材則是競技體育、科學(xué)訓(xùn)練必須首先解決的重要問題?！斑x材成功意味著訓(xùn)練成功的一半”，

8、優(yōu)秀運動員選材是體育科研界一直很重視的工作。它不僅可以幫助教練員盡早發(fā)現(xiàn)、挖掘具有特殊競技能力的人才，而且可以為國家在運動員的培養(yǎng)上節(jié)省大量的人力、物力和財力。目前我國運動員的選材的主要是憑借教練員的經(jīng)驗、根據(jù)比賽中的成績、外加一些形態(tài)學(xué)及身體機(jī)能指標(biāo)進(jìn)行選擇和評定，有一定的科學(xué)性，但這種方法存在一些不足，在一定程度上限制著選材的準(zhǔn)確性、成功率。表現(xiàn)為：（1）經(jīng)驗選材：本研究并不否定及忽視傳統(tǒng)經(jīng)驗選材方法，因為教練員的經(jīng)驗是從實踐中獲得的并被實踐證明是可行的，本身具有一定的科學(xué)性和實用價值，而且操作方便，易于推廣應(yīng)用。但這種經(jīng)驗很難了解運動員機(jī)體內(nèi)在的一些機(jī)能情況和某些遺傳性狀，并且最重要的是

9、運動員個體訓(xùn)練具有不可重復(fù)性，在一個運動員身上成功的訓(xùn)練模式不一定適合其他人。因此，僅憑教練員經(jīng)驗和肉眼觀察“自然淘汰”，草率確定運動員的專項，會造成“明珠暗投”并浪費資源；（2）比賽成績選材：根據(jù)比賽成績選拔青少年，容易選來一些技術(shù)不正確或有缺陷致使發(fā)育提前的青少年。技術(shù)不正確會限制運動成績的進(jìn)一步提高；而有缺陷致使發(fā)育提前即早熟的青少年期成材率是很低，僅有 4%，這樣就把正常發(fā)育且成材率高的青少年拒之門外，極大降低了選材的成功率和選材效率。（3）其他選材：雖然我國體育科研工作者已用形態(tài)學(xué)，骨齡和一些生理，生化指標(biāo)建立起一套科學(xué)選材的方法。但這些方法在“提前量”和“準(zhǔn)確性”上還很不夠。例如

10、，反 映 運 動 員 耐 力 的 有 效 指 標(biāo) VO2max，要到 16 歲時才能較準(zhǔn)確地推測到成年人水平，而運動員的培養(yǎng)早在這之前就開始了。因此，如何進(jìn)一步提高優(yōu)秀運動員選材的成功率、選材效率及選材方法的“提前量”和“準(zhǔn)確性”，盡早發(fā)現(xiàn)具有特殊競技能力的人才是我們要解決的重要任務(wù)?；蜻x材法的原理是根據(jù)遺傳的基因連鎖和多效性的一種遺傳學(xué)選材方法。因為每一種性狀都是由基因來控制的。如果控制性狀的基因在同一條染色體上時，那么這些基因的活動也就表現(xiàn)為連鎖的性質(zhì)。另外一個基因不僅可以通過一個酶的作用控制一個性狀，而且也能影響到多個性狀，甚至是整條鏈的性狀。因此，人們就可以通過找出性狀之間的關(guān)系規(guī)律

11、，來進(jìn)行遺傳選材。常用方法是運用人類SNPs 進(jìn)行連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析等方法定位和運動有關(guān)的功能基因，然后用相同的原理和方法對候選運動員基因進(jìn)行篩選，從而找到與特定運動項目相匹配的“基因型運動員”，從而能更加科學(xué)而準(zhǔn)確地評估個體的運動狀態(tài)及運動潛力，由此不但可以提高選材的成功率，最大限度地挖掘人體運動潛力，創(chuàng)造優(yōu)異成績， 還能夠減少訓(xùn)練經(jīng)費的投入，提高體育訓(xùn)練的投入產(chǎn)出比。當(dāng)然即使找到了這樣的基因型，也不可能準(zhǔn)確的預(yù)測對于訓(xùn)練和其他刺激的準(zhǔn)確反應(yīng)或準(zhǔn)確的預(yù)測其是否能成為冠軍。但是對于教練來說，可以用來選材，預(yù)測哪些人更有可能成為優(yōu)秀運動員；對于運動員來講，可以知道自己的基因型能幫助還是限制他們在

12、從事的項目達(dá)到頂峰。另外，運動員基因選材研究對其他行業(yè)的特殊人才，如特種部隊的成員、空軍、宇航員、潛水員等的選擇也會起到很大作用。14 基因技術(shù)在運動員選材中的應(yīng)用現(xiàn)狀4.1 Myostatin基因多態(tài)性在運動員科學(xué)選材中的應(yīng)用4.1.1 Myostatin基因多態(tài)性的特點DNA水平檢驗自然選擇作用是否存在的方法包括兩大類:種內(nèi)多態(tài)性檢驗和種間差異度檢驗。種內(nèi)多態(tài)性主要進(jìn)行D檢驗，種間差異度主要進(jìn)行中性檢驗(Tests ofNeutrality)。一般認(rèn)為，在中性條件下，種內(nèi)與種間進(jìn)化速率一致，即基因替代突變(replacement changes)與沉默突變(silent changes)的

13、比例在不同物種中基本相同。而My-ostatin基因突變的McDonald-Kreitman中性檢驗結(jié)果顯示，人類Myostatin基因替代突變頻率高于沉默突變，與其他物種Myostatin基因替代突變與沉默突變比例截然相反，這種特殊的Myostatin基因多態(tài)性現(xiàn)象可能是人類應(yīng)對自然選擇而正向進(jìn)化、促使肌肉表型強(qiáng)勢發(fā)展以適應(yīng)環(huán)境變化的結(jié)果。34.1.2 Myostatin基因多態(tài)性的特點迄今為止，有關(guān)Myostatin多態(tài)性與運動能力之間關(guān)系的研究報道還不多見，而且無法證實Myostatin的多態(tài)性與肌肉的體積和對力量訓(xùn)練的敏感性關(guān)聯(lián)。Myostatin突變在一般人群中非常少見，該基因多態(tài)性

14、對骨骼肌生長發(fā)育的影響也比較溫和。目前發(fā)現(xiàn)在不同人種間常有5種顯著的SNP位點，其中，Myostatin基因G163A和A2246G突變頻率在不同人種間差別最顯著。我國蒙古族和漢族人群中Myostatin基因A2246G突變頻率超過1%，符合標(biāo)記SNP的遺傳分布頻率，該位點可作為我國漢族人群良好的SNP篩選標(biāo)記。而對于第三代遺傳標(biāo)記SNP的分析及其與運動能力表型的關(guān)聯(lián)研究，對于人類運動能力的分子遺傳學(xué)探討有重要意義和研究前景。在運動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，現(xiàn)初步證明力量訓(xùn)練對Myostatin基因多態(tài)性無影響，但可影響Myostatin的基因表達(dá)。以后的研究可在Myostatin基因多態(tài)性與不同運動項目運動

15、能力的相關(guān)性分析以及肌纖維的不同表型與Myostatin基因多態(tài)性的關(guān)聯(lián)性方面深入，篩選有利于肌纖維增生和/或肌纖維肥大進(jìn)而使力量增加的Myostatin基因突變體。作為一個理想的遺傳標(biāo)志，Myostatin基因多態(tài)性有望成為杰出運動員科學(xué)選材的重要指標(biāo)。34.2 基因芯片在運動員科學(xué)選材研究中的應(yīng)用基因芯片(DNAmicro-array)又稱 DNAs芯片、DNAs微陣列、表達(dá)譜芯片。它是一種基因結(jié)構(gòu)分析和基因表達(dá)的研究技術(shù)，主要通過多元雜交和分析雜交差異來判定是否有突變或新基因產(chǎn)生。近年，國內(nèi)學(xué)者已著手應(yīng)用基因芯片技術(shù)探尋運動能力相關(guān)基因， 期望在不久的將來能夠在運動能力相關(guān)基因的診斷、

16、運動員基因選材方面有所突破，為我國優(yōu)秀運動員的選拔、培養(yǎng)提供有效的方法、手段。其主要研究成果有以下幾點：ACEs與耐力素質(zhì)、評估身體素質(zhì)和運動能力等其他方面。隨著競技運動水平的不斷提高， 人體運動能力的遺傳性已經(jīng)越來越被人們所重視， 多數(shù)專家認(rèn)為運動能力的遺傳與變異具有連續(xù)性和相關(guān)性特征。 在世界許多國家中都有體育世家現(xiàn)象出現(xiàn)。 有研究發(fā)現(xiàn)，在運動能力的遺傳中，只要具有卓越運動才能的親代不是極端個體， 其子代不但有 50%以上的人具有優(yōu)越的運動才能， 而且還可能出現(xiàn)超越親代的個體。 此外，控制運動能力的基因有多效性，同時在向后代傳遞過程中又具有連鎖性， 從而使基因與性狀縱橫相關(guān)，它們之間既能相

17、互促進(jìn)，又可相互制約。 但目前尚缺乏基因與性狀之間關(guān)系的機(jī)制及綜合性研究。人體的運動能力是由基因控制的， 這些基因決定了人類運動能力的高起點。因此尋找決定人體運動能力的相關(guān)基因，研究這些基因決定人體運動能力的分子機(jī)制及生理機(jī)制，并應(yīng)用于選材領(lǐng)域，不但可以提高選材的成功率，最大限度的挖掘人體運動潛力，創(chuàng)造優(yōu)異成績，還能夠減少訓(xùn)練經(jīng)費的投入，提高體育訓(xùn)練的投入產(chǎn)出比。 應(yīng)用基因技術(shù)選拔優(yōu)秀運動員不僅具有重要的理論意義， 而且具有重要的現(xiàn)實意義。45 遺傳選材方法的新成果5.1 遺傳基因研究成果對運動選材領(lǐng)域的滲透研究組成人體運動能力的性狀，大都受到遺傳因素的重要影響。2000年6月26日人類基因組

18、的工作草圖的完成，昭示著人類對自身的了解邁入了一個新的階段?！叭祟惢蚪M計劃”的核心，就是測定人類基因組的全部DNA序列。弄清全部基因的位置、結(jié)構(gòu)和功能，將為人類征服多種疑難病癥鋪平道路，它將人為地改變?nèi)祟惖哪撤N遺傳特征，完善人類自身，提高運動能力。運用遺傳學(xué)的理論和方法進(jìn)行運動選材只是剛剛起步，隨之也產(chǎn)生一種新的選材方法-基因選材法?；蜻x材法是根據(jù)遺傳的基因連鎖和多效性的一種遺傳學(xué)選材方法。因為每一種性狀都是由基因來控制的，如果控制性狀的基因在同一條染色體上時，那么這些基因的活動也就表現(xiàn)為連鎖的性質(zhì)。另外一個基因不僅可以通過一個酶的作用控制一個性狀，而且也能影響到多個性狀，甚至是整條鏈的性狀。因此，人們就可以通過找出性狀之間的關(guān)系規(guī)律，來進(jìn)行遺傳選材。55.2 遺傳基因研究成果對運動選材領(lǐng)域前景與展望遺傳流行病學(xué)研究表明，杰出運動能力在很大程度上受控于基因，而遺傳因素通過以下兩個方面對人體運動能力產(chǎn)生影響:一是與環(huán)境因素和生活方式無關(guān)的基因?qū)θ巳旱钠骄绊懀催z傳度;二是基因與環(huán)境的相互作用，即存在對運動訓(xùn)練敏感的高反應(yīng)群體和對訓(xùn)練不敏感的低反應(yīng)群體。但以往有關(guān)運動能力的遺傳流行學(xué)的研究方法無論是雙生子分析、家族分析還是種族差異比較，所估算出的遺傳度僅僅表明在某一群體中，某一性狀由親代向子代可傳遞的平均程度，僅描