馬運(yùn)動(dòng)基因研究綜述

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院， 湖南 長沙 410128;2.禽畜遺傳改良湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shí)代之前的重要畜力更著重對(duì)其運(yùn)動(dòng)能力的選擇，這些進(jìn)化馴化的過程使得馬具有卓越的運(yùn)動(dòng)能力，因此，馬一直是科學(xué)界研究運(yùn)動(dòng)模式的重要物種。馬的運(yùn)動(dòng)性狀是可遺傳的，因此在基因組學(xué)研究上有其重要價(jià)值。傳統(tǒng)馬匹選育的核心理論在于，認(rèn)為具有優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的馬匹，他們的后代也會(huì)繼承父母的優(yōu)異運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)性狀是復(fù)雜的，會(huì)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(yùn)動(dòng)潛質(zhì)是可以遺傳給后代的。

1 馬可作為運(yùn)動(dòng)基因組研究的模式生物

早期將馬作為運(yùn)動(dòng)模型所選擇的研究對(duì)象，主要是以賽馬及其馬術(shù)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)素質(zhì)：強(qiáng)大的心血管系統(tǒng)，強(qiáng)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(qiáng)烈持續(xù)的對(duì)運(yùn)動(dòng)能力的人工選擇，使得純血馬成為絕佳的運(yùn)動(dòng)能力研究模式動(dòng)物，用以研究揭示基因組中存在選擇效應(yīng)的運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)區(qū)域，從而挖掘運(yùn)動(dòng)能力候選基因，探索運(yùn)動(dòng)能力同基因功能之間的互作關(guān)系。

2 馬運(yùn)動(dòng)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(qiáng)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(gè)位點(diǎn)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(yùn)動(dòng)員做個(gè)比喻，簡單來說這個(gè)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(jī)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(xiàng)研究表明，MSTN基因并不是通過改變蛋白合成來影響馬的運(yùn)動(dòng)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(shí)掃描5萬個(gè)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(duì)象，運(yùn)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(yùn)動(dòng)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(gè)同賽馬運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(duì)賽馬運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(duì)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(yùn)動(dòng)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(jī)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(duì)解析人類運(yùn)動(dòng)方面的一些復(fù)雜疾病和性狀，如強(qiáng)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(yùn)動(dòng)能力等機(jī)理做出有益貢獻(xiàn)。