专利名称：一种预测优秀冰雪运动员灵敏潜能的生物学方法
技术领域：
本发明涉及一种预测优秀冰雪运动员肌肉灵敏潜能的分子生物学方法，具体地说就是通过对ACTN3 (alpha act in in，α-肌动蛋白-3)基因R577X多态性与优秀冰雪运动员运动能力的关联性进行研究，从而对优秀冰雪运动员的肌肉灵敏性潜能进行预测。此发明属于基础生命科学、人类遗传资源学、分子生物学及运动科学的交叉学科领域。
背景技术：
灵敏是指能够正确、迅速、合理和灵活地完成生疏的、新的动作的能力，即在变化条件下迅速掌握动作的能力。在激烈的对抗性运动中，随着运动形式的变化，动作的性质、强度均会发生相应变化，大脑皮质必须迅速地对变化的情况作出分析判断，并当机立断。肌肉的收缩速度、神经肌肉传导的灵活性，是灵敏素质的物质基础。所以通过检测神经肌肉活动，可预测人得肌肉运动灵活性和敏感度。综合各方面的研究资料，影响灵活或灵敏性的因素包括以下内容:(I)速度(反应速度、动作速度)；(2)力量(爆发力量、背肌力量、腿肌力量)；(3)协调性；(4)柔韧(腰髓灵活性、膝、踝灵活性)；(5)耐力(速度耐力、一般耐力)；(6)技术水平(技术动作掌握多少及熟练程度);(7)神经类型；(8)心理状态；(9)空间和时间上准确的定向能力；(10)动作神经过程灵活性；(11)快速、准确的判断能力；(12)注意的广度和稳定性；(13)身体平衡能力；(14)身体形态；(15)年龄与性别；(16)疲劳。运动能力的分子生物学机制备受关注，其中运动能力相关的基因多态性研究已成为热点之一。运动能力候选基因的现有研究中，α-肌动蛋白-3(ACTN3)基因R577X多态性是仅次于ACE (Angiotensin-converting enzyme)基因I/D(激肽酶II基因插入/缺失型)多态性，研究数量排在第2位的多态位点。ACTN3基因位于Ilql3_ql4，其第16号外显子上存在C — T多态，使编码第577位氨基酸的密码子CGA (编码精氨酸R)变为TGA (为终止信号，不编码蛋白)，从而造成ACTN3`的缺失，称为ACTN3基因R577X多态性(rsl815739，或称为C1747T多态性)。在关于ACTN3基因的报道中，Yang对澳大利亚优秀男女速度力量型运动员的研究发现，577R等位基因在速度力量组的频率显著高于对照组，提示ACTN3基因的577R等位基因对于力量素质和速度素质来说是优势等位基因。人类有两种类型的骨骼肌纤维。一种是快纤维，它不需要氧，直接以糖类作为能源，主要参与需要极限力量和快速反应的运动，比如短跑。另一种是慢纤维，主要以有氧的方式参与需要耐力的运动，比如马拉松。快纤维可以制造α辅肌动蛋白(ACTN3)，它体现了机体产生快速力量的能力。如果对优秀冰雪运动员的ACTN3基因多态性进行分析，掌握运动员的遗传优势；在运动员的训练和比赛中，把不同基因型的运动员放在不同的位置上，充分发挥其运动优势，合理利用运动资源，将有利于提高集体项目的竞技水平。ACTN3是骨骼肌中快肌纤维Z线的结构蛋白，与细肌丝中的肌动蛋白互相交联，维持肌纤维的有序排列和调节肌纤维的收缩。虽然不排除其他因素对肌纤维类型的调节作用。由于ACTN3的存在有利于速度力量型运动技能的发展，ACTN3的缺乏将降低运动技能的水平，由此推论在优秀速度力量型运动员中出现ACTN3XX基因型(ACTN3蛋白缺乏)的频率较少。神经元完成其功能的最基本、最重要的方式是通过突触进行细胞间的信息传递。从运动神经元到肌细胞的信息传递主要通过神经肌肉接头来完成。神经肌肉接头是定向化学突触的典型代表，其重要的结构特征是高度特化的突触后膜，即肌细胞终板膜，它能够优先识别神经源性的信号，在超微结构及分子水平它与突触外的质膜明显不同:首先，突触后膜异常簇集(cluster)着大量的乙酰胆碱受体(acetycholine receptor, AChR)结构，密度高达1000个受体/ μ m2，而突触外的质膜AChRs密度则少于10个受体/ μ m2，AChRs的这种分布对有效地神经肌通讯是必需的；其次，突触后膜有一独特的分子支架，将突触后膜的特化分子锚定于基底膜及细胞骨架上，对突触后的分化有重要的作用。近研究表明，突触前后细胞均参与AChR簇集的形成与维持。AChRs簇集与3种分子密切相关，即集聚蛋白(Agrin)、肌特有受体酪氨酸激酶(muscle-specific receptor tyrosine kinase, MuSK)及突触后膜受体缔合蛋白(acetylcholine receptor-associated protein at synapse,Rapsyn) ；Agrin诱导AChR在终板膜的簇集,MuSK为Agrin信号转导受体复合体的重要组分之一，Rapsyn则参与其效应机制。
乙酰胆碱受体可识别并结合神经递质乙酰胆碱。二者一旦结合，乙酰胆碱受体偶联的离子通道开启，增大阳离子进入脂膜的机会。这样，离子通道开启，细胞磷脂双分子层两面的水溶液又有一个新的离子浓度梯度。胞外溶液具有高的钾离子浓度(流出)，胞内溶液具有高的钠离子浓度(流入)。浓度平衡的改变导致膜去极化。膜的去极化又引起神经细胞特定的生理反应。随着细胞膜去极化程度增加，会引起动作电位，动作电位通过肌肉神经细胞膜传播到肌纤维。动作电位的传播同时促使肌肉细胞膜间钙离子的释放，最终导致肌球纤维的收缩。所有与生物活动有关的乙酰胆碱受体特性都是在与神经递质乙酰胆碱结合时引起的，乙酰胆碱受体与乙酰胆碱结合后，受体构象就会改变。
发明内容
本发明能够预测优秀冰雪运动员的肌肉灵敏度潜能。本发明的目的是提供一种预测优秀冰雪运动员肌肉灵敏度潜能的分子生物学方法。本发明所提供的预测方法是ACTN3基因R577X多态性与运动能力的关联性研究。将PCR产物进行限制性内切酶Dde I (Τ0Υ0Β0)的酶切反应，根据酶切后产物条带的数量来鉴定基因型:野生型(RR型)将产生2个片段(392bp、168bp)。突变型(XX型)产生3个片段(295、168、97bp)。如果是杂合子(RX型)，就出现四个片段(392、295、168、97bp)。与普通对照组相比，冰雪运动员组的RR基因型(47%、31%)以及R等位基因(66%、56%)的出现频率较高。
具体实施例方式下面以优秀冰雪运动员和普通人为实验对象进行ACTN3基因R577X多态性分析为例，详细说明本发明的具体实施。实施例:ACTN3基因R577X多态性分析
研究对象研究对象主要分2组，优秀冰雪运动员组和普通人组，普通人组主要选择与本次优秀运动员年龄相当的本地区人，严格按照随机抽样的原则进行，均无专业运动训练史。(一)DNA 提取使用北京天根生化科技有限公司提供的口腔拭子基因组DNA提取试剂盒(离心柱型)无创提取口腔DNA，按照说明书操作。(二)基因扩增上游引物:5’ -AGGGGATGGATAGGATGACAGG-3 ’下游引物:5，-ATCCCACGTGGAGTCTGTGG-3’PCR 反应条件是，解链:94°C，5 分钟；退火:94°C，30 秒；72°C，45 秒；58°C，30 秒；延伸:72°C，5分钟；循环次数:35次。PCR扩增产物5 μ 1，1.5%琼脂糖凝胶恒压80V电泳30-40分钟，EB染色10分钟，置凝胶成像仪上检测PCR扩增产物及其特异性，产物长度为560bp。(三)酶切反应PCR产物进行限制性内切酶Dde I (Τ0Υ0Β0)的酶切反应，电泳后在凝胶成像仪上检测，根据酶切后产物条带的数量来鉴定基因型:野生型(RR型)将产生2个片段(392bp、168bp)。突变型(XX型)产生3个片段(295、168、97bp)。如果是杂合子(RX型)，就出现四个片段(392、295、168、97bp)。(四)资料的统计学处理所选普通人群的资料必须符合孟德尔遗传规律，即达到Hardy-Weinberg平衡(P> 0.05)。然后对计数资料进行比较分析(X2检验)，P < 0.05表示差异具有统计学意义。(五)鉴定结果普通人群的ACTN3基因型频率是:RR型0.3444、RX型0.5000、XX型0.1556，符合Hardy-Weinberg平衡(X2 = 0.1232，P = 0.7256)，表明所得数据对总体人群具有代表性。
优秀冰雪运动员组与普通对照组的ACTN3基因R577X多态位点的基因型分布具有显著性差异(P = 0.031，P < 0.05)，等位基因分布也具有显著性差异(P = 0.022，P<0.05)。与普通对照组相比，冰雪运动员组的RR基因型(47%、31% )以及R等位基因(66%,56% )的出现频率显然较高。ACTN3的存在有利于速度力量型运动技能的发展，ACTN3的缺乏将降低运动技能的水平，由此在优秀冰雪运动员中出现ACTN3XX基因型(ACTN3蛋白缺乏)的频率较少，而ACTN3RR型频率较高。
权利要求
1.一种探究ACTN3 (alpha act in in, α-肌动蛋白-3)基因R577X多态性与优秀冰雪运动员肌肉灵敏度潜能关系的方法。
2.根据权利要求1所述方法，此方法的创新点在于通过定量评价ACTN3基因R577X多态性与速度力量素质的相关性，从而可以将ACTN3基因R577X多态性作为速度力量型项目运动员肌肉灵敏性基因选材的候选位点之一。
3.根据权利要求1和2所述:ACTN3的存在有利于速度力量型运动肌肉灵敏技能的发展，ACTN3的缺乏将降低运动技能的水平，因此在优秀速度力量型运动员中出现ACTN3XX基因型(ACTN3 蛋白缺乏)的频率较少。
全文摘要
本发明公开了一种能够预测优秀冰雪运动员肌肉灵敏度潜能的分子生物学方法，该方法能够探究ACTN3(alpha act in in，α-肌动蛋白-3)基因R577X多态性与优秀冰雪运动员肌肉灵敏度潜能的关系。随着分子生物学技术的不断发展，将运动相关基因的分析用于体育科学成为一种很有前景的研究方向。目前研究比较多的是ACTN3的多态性分析。ACTN3的存在有利于速度力量型运动肌肉灵敏技能的发展，ACTN3的缺乏将降低运动技能的水平，因此在优秀速度力量型运动员中出现ACTN3XX基因型(ACTN3蛋白缺乏)的频率较少。此发明属于体育科学、人类资源方法学、细胞生物学及分子生物学的交叉学科领域。
文档编号C12Q1/68GK103160607SQ20131012172
公开日2013年6月19日 申请日期2013年4月10日 优先权日2013年4月10日
发明者刘石, 朱宝峰, 李兴洋, 裴沛, 张文秀, 关伟军 申请人:哈尔滨体育学院