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1、基因技术在运动员选材中的应用运动人科学学院 应用心理学专业10420XX WWBX摘要 研究表明运动能力与遗传因素有着极大关联，近年来出现的基因技术，被认为可以作为优秀运动员选材的高效方法之一。本文运用文献资料法，综述了近年来关于耐力与力量素质相关基因的研究进展，初步探讨了与运动相关的基因及基因技术的应用现状。关键词 基因 多肽性 运动员选材1 前言人类基因组计划最重要发现之一是在人类基因组序列中存在基因多态性现象，包括单核苷酸多态性（SNP）和短串联重复序列（STR）。基因多态性不仅作为一种基因组作图的遗传标记，其本身还可影响基因的功能。关联分析和生化、细胞水平的分析表明，SNP 可通过影响
2、基因产物，造成细胞酶活力、信号通路等的改变；分子机制方面的研究表明，不同类型的 SNP 可通过类似或不同的分子机制，分别在基因转录水平、转录后水平、翻译水平、翻译后蛋白折叠及蛋白的细胞定位水平对基因功能的发挥进行影响。STR 可能参与基因表达的调控、某些基因的重组或者维系着丝点强度保证染色体的三维结构等影响基因的功能。基因多态性通过以上机制影响基因的功能，由此引起个体表型差异（肤色、鼻子、头发等）、药物耐受性差异及疾病易感性差异等。深入研究发现，基因多态性还与人群的体质特征差异、运动能力的差异以及对运动训练的敏感性和特殊环境适应能力（低氧、高温）等相关。因此，把基因多态性应用于体育科学研究中，
3、从基因水平研究人体运动能力，寻找与运动能力有关的分子标记和训练敏感群体的遗传学标记，不但为竞技体育中早期选材提供思路和帮助，指导运动员训练提供个性化参考依据，还能为国民体质测评及全民健身的个性化运动处方提供理论依据，从而为推进体育科技进步、提高我国体育的研究水平做出一定贡献。12 运动选材的遗传因素2.1 身体形态的遗传度身体形态是人体最基木的、最直观的特征之一，是人体运动能力的重要组成部分。一定的形态结构就必然具有一定的生理机能;相反生理机能的改变也必然导致形态结构发生相应的变化，而且形态结构与其特征之间也存在一定的必然联系。相对来说，不同的体育项目所要求的身体形态结构也不大一致。比如，体能
4、主导类对抗性项目(如篮球、足球、排球等)运动员的身高要求就比表现难美性项目(如武术、体操、跳水等)运动员的身高要高。再如体能主导类快速力量性项目(如投掷、举重等)就比耐力性项目在身体形态上要求重心要稳。因此，在进行项目选材时应结合运动项目的特点予以充分考虑，而且指标的选择也要与项目相吻合。从遗传学的角度来看，身体形态的遗传度比较高，所以在进行遗传学选材时应对预选者的家庭成员的运动能力进行调查，从而预测其运动能力的发展趋势和可能达到的最高水平。目前，我国也有学者进行过研究，提出在针对某些运动项目的选材中除个别指标外，应选择指标较大的运动员，如身体匀称、身材偏高、身体重心偏低、指距长、肌肉线条长的
5、运动员。22.2 身体素质的遗传度良好的身体素质是体质增强的一个重要表现，是掌握运动技能，提高动成绩以及进行特殊专业训练的重要基础。一个人运动能力的最主要的几项运动素质都具有一定的遗传度，其中以反应速度(75%)、反应潜伏时(86%)、相对力耐力素质(有氧耐力70%、无氧耐力85%)和柔韧性素质(70%)等的遗传度较高。因此，在进行一些反应速度性运动项目时，如快速力量性项目的选材就应着重挑选反应速度好的，同时也应参考反应潜伏时的高低。而耐力素质所包括的无氧耐力和有氧耐力素质，两者都具有相对较高的遗传度，所以在一些耐力性项目，比如中长距离跑等的项目中应给予高度重视。柔韧性的遗传度因后天发展受到了
6、限制，因此，凡是柔韧性要求较高的运动项目，必须考虑其关键部位关节的柔韧性。但各关节的遗传度又由于其生理方面的因素而各不相同，如一般舰关节为98%，脊柱为79%，肘关节为81%，这些指标也为我们在进行项目选材时，针对不同项目所要求的关节活动范围不同而进行有针对性的选材。22.3 智力与个性的遗传度一个运动员的智力水平与个性特征均受遗传因素的影响，而且一旦形成就会相当稳定。我国心理学者邱宜均认为，高水平运动员既是外向型的也是稳定性的，而神经强度均衡性的遗传度高达90%。另有学者周之华等采用艾克森问卷(PpQ)对63名高水平运动员进行个性特征的研究显示，运动成绩与运动员的个性有着密切的关系;成绩优良
7、的高水平运动员明显具有情绪稳定的特征，而且情绪的遗传度为75%。经研究发现高水平运动员的个性指标也有着相当高的遗传度。因此，一个优秀运动员，要想在任何条件下都能充分表现自己，争取竞赛的胜利，就必须具有良好的智力与突出的个性。22.4 其他方面的遗传度遗传因素不仅仅在上述方面发挥着举足轻重的作用，同时在及纤维类型、生理机能、生化指标方面都有影响。这些方面在整体上进一步对运动员基因选材提供了参考。3 优秀运动员基因选材现代竞技体育发展到今天，科学选材、科学训练和科学管理已成为竞技运动技术水平提高的三大要素，而科学选材则是竞技体育、科学训练必须首先解决的重要问题。“选材成功意味着训练成功的一半”，优
8、秀运动员选材是体育科研界一直很重视的工作。它不仅可以帮助教练员尽早发现、挖掘具有特殊竞技能力的人才，而且可以为国家在运动员的培养上节省大量的人力、物力和财力。目前我国运动员的选材的主要是凭借教练员的经验、根据比赛中的成绩、外加一些形态学及身体机能指标进行选择和评定，有一定的科学性，但这种方法存在一些不足，在一定程度上限制着选材的准确性、成功率。表现为：（1）经验选材：本研究并不否定及忽视传统经验选材方法，因为教练员的经验是从实践中获得的并被实践证明是可行的，本身具有一定的科学性和实用价值，而且操作方便，易于推广应用。但这种经验很难了解运动员机体内在的一些机能情况和某些遗传性状，并且最重要的是运
9、动员个体训练具有不可重复性，在一个运动员身上成功的训练模式不一定适合其他人。因此，仅凭教练员经验和肉眼观察“自然淘汰”，草率确定运动员的专项，会造成“明珠暗投”并浪费资源；（2）比赛成绩选材：根据比赛成绩选拔青少年，容易选来一些技术不正确或有缺陷致使发育提前的青少年。技术不正确会限制运动成绩的进一步提高；而有缺陷致使发育提前即早熟的青少年期成材率是很低，仅有 4%，这样就把正常发育且成材率高的青少年拒之门外，极大降低了选材的成功率和选材效率。（3）其他选材：虽然我国体育科研工作者已用形态学，骨龄和一些生理，生化指标建立起一套科学选材的方法。但这些方法在“提前量”和“准确性”上还很不够。例如 ，
10、反 映 运 动 员 耐 力 的 有 效 指 标 VO2max，要到 16 岁时才能较准确地推测到成年人水平，而运动员的培养早在这之前就开始了。因此，如何进一步提高优秀运动员选材的成功率、选材效率及选材方法的“提前量”和“准确性”，尽早发现具有特殊竞技能力的人才是我们要解决的重要任务。基因选材法的原理是根据遗传的基因连锁和多效性的一种遗传学选材方法。因为每一种性状都是由基因来控制的。如果控制性状的基因在同一条染色体上时，那么这些基因的活动也就表现为连锁的性质。另外一个基因不仅可以通过一个酶的作用控制一个性状，而且也能影响到多个性状，甚至是整条链的性状。因此，人们就可以通过找出性状之间的关系规律，
11、来进行遗传选材。常用方法是运用人类SNPs 进行连锁分析和关联分析等方法定位和运动有关的功能基因，然后用相同的原理和方法对候选运动员基因进行筛选，从而找到与特定运动项目相匹配的“基因型运动员”，从而能更加科学而准确地评估个体的运动状态及运动潜力，由此不但可以提高选材的成功率，最大限度地挖掘人体运动潜力，创造优异成绩， 还能够减少训练经费的投入，提高体育训练的投入产出比。当然即使找到了这样的基因型，也不可能准确的预测对于训练和其他刺激的准确反应或准确的预测其是否能成为冠军。但是对于教练来说，可以用来选材，预测哪些人更有可能成为优秀运动员；对于运动员来讲，可以知道自己的基因型能帮助还是限制他们在从
12、事的项目达到顶峰。另外，运动员基因选材研究对其他行业的特殊人才，如特种部队的成员、空军、宇航员、潜水员等的选择也会起到很大作用。14 基因技术在运动员选材中的应用现状4.1 Myostatin基因多态性在运动员科学选材中的应用4.1.1 Myostatin基因多态性的特点DNA水平检验自然选择作用是否存在的方法包括两大类:种内多态性检验和种间差异度检验。种内多态性主要进行D检验，种间差异度主要进行中性检验(Tests ofNeutrality)。一般认为，在中性条件下，种内与种间进化速率一致，即基因替代突变(replacement changes)与沉默突变(silent changes)的比
13、例在不同物种中基本相同。而My-ostatin基因突变的McDonald-Kreitman中性检验结果显示，人类Myostatin基因替代突变频率高于沉默突变，与其他物种Myostatin基因替代突变与沉默突变比例截然相反，这种特殊的Myostatin基因多态性现象可能是人类应对自然选择而正向进化、促使肌肉表型强势发展以适应环境变化的结果。34.1.2 Myostatin基因多态性的特点迄今为止，有关Myostatin多态性与运动能力之间关系的研究报道还不多见，而且无法证实Myostatin的多态性与肌肉的体积和对力量训练的敏感性关联。Myostatin突变在一般人群中非常少见，该基因多态性对
14、骨骼肌生长发育的影响也比较温和。目前发现在不同人种间常有5种显著的SNP位点，其中，Myostatin基因G163A和A2246G突变频率在不同人种间差别最显著。我国蒙古族和汉族人群中Myostatin基因A2246G突变频率超过1%，符合标记SNP的遗传分布频率，该位点可作为我国汉族人群良好的SNP筛选标记。而对于第三代遗传标记SNP的分析及其与运动能力表型的关联研究，对于人类运动能力的分子遗传学探讨有重要意义和研究前景。在运动医学领域，现初步证明力量训练对Myostatin基因多态性无影响，但可影响Myostatin的基因表达。以后的研究可在Myostatin基因多态性与不同运动项目运动能
15、力的相关性分析以及肌纤维的不同表型与Myostatin基因多态性的关联性方面深入，筛选有利于肌纤维增生和/或肌纤维肥大进而使力量增加的Myostatin基因突变体。作为一个理想的遗传标志，Myostatin基因多态性有望成为杰出运动员科学选材的重要指标。34.2 基因芯片在运动员科学选材研究中的应用基因芯片(DNAmicro-array)又称 DNAs芯片、DNAs微阵列、表达谱芯片。它是一种基因结构分析和基因表达的研究技术，主要通过多元杂交和分析杂交差异来判定是否有突变或新基因产生。近年，国内学者已着手应用基因芯片技术探寻运动能力相关基因， 期望在不久的将来能够在运动能力相关基因的诊断、 运
16、动员基因选材方面有所突破，为我国优秀运动员的选拔、培养提供有效的方法、手段。其主要研究成果有以下几点：ACEs与耐力素质、评估身体素质和运动能力等其他方面。随着竞技运动水平的不断提高， 人体运动能力的遗传性已经越来越被人们所重视， 多数专家认为运动能力的遗传与变异具有连续性和相关性特征。 在世界许多国家中都有体育世家现象出现。 有研究发现，在运动能力的遗传中，只要具有卓越运动才能的亲代不是极端个体， 其子代不但有 50%以上的人具有优越的运动才能， 而且还可能出现超越亲代的个体。 此外，控制运动能力的基因有多效性，同时在向后代传递过程中又具有连锁性， 从而使基因与性状纵横相关，它们之间既能相互促进，又可相互制约。 但目前尚缺乏基因与性状之间关系的机制及综合性研究。人体的运动能力是由基因控制的， 这些基因决定了人类运动能力的高起点。因此寻找决定人体运动能力的相关基因，研究这些基因决定人体运动能力的分子机制及生理机制，并应用于选材领域，
