УДК 796/799/61
ББК 75.0
A95
Рецензенты:
Виктор Алексеевич Спицын, д. биол. н., профессор, зав. лабораторией экологической
генетики Медико-генетического научного центра РАМН, Москва;
Сергей Сергеевич Михайлов, д. мед. н., профессор, зав. кафедрой биохимии
Национального государственного университета физической культуры, спорта
и здоровья им. П. Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург
Ахметов И. И.
А95
Молекулярная генетика спорта: монография [Текст] / И. И. Ахметов. – М.:
Советский спорт, 2009. – 268 с. : ил.
ISBN 978-5-9718-0412-3
Предлагаемая читателю монография – одна из первых попыток систематизации
накопленной к настоящему времени информации в области молекулярной генетики
спорта. Начало монографии посвящено описанию молекулярных основ наследственности
и изменчивости, а также механизмов, детерминирующих индивидуальные
различия в развитии и проявлении физических и психических качеств человека,
с указанием методов молекулярной диагностики. Основное внимание в книге уделено
характеристике отдельных молекулярно-генетических маркеров физической работоспособности
человека. В монографии также затрагиваются вопросы, связанные
с этическими аспектами генетических технологий спортивного отбора, применением
пищевых веществ и фармакологических препаратов с целью регуляции активности
генов.
Книга адресована аспирантам, научным работникам и преподавателям институтов
физической культуры, а также специалистам по спортивной медицине, физиологии,
антропологии, биохимии и генетике. Монография может быть использована в качестве
справочного и методического руководства при составлении специализированных
учебных циклов по спортивной генетике.
УДК 796/799/61
ББК 75.0
© Ахметов И. И., 2009
ISBN 978-5-9718-0412-3
© Оформление. ОАО «Издательство
“Советский спорт”», 2009
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ...................................................................................................................................... 7
Список сокращений ................................................................................................................ 9
Глава I. Молекулярные основы наследственности ..................................................... 11
1. Структура и организация генома .............................................................................. 11
1.1. Структура ДНК ......................................................................................................... 11
1.2. Репликация ДНК ...................................................................................................... 13
1.3. Структура гена ........................................................................................................... 15
1.4. Транскрипция и трансляция ................................................................................. 17
1.5. Геном человека ........................................................................................................... 21
2. Генная экспрессия ............................................................................................................. 25
2.1. Регуляция генной экспрессии .............................................................................. 25
2.2. Экспрессия генов в скелетных мышцах ............................................................ 31
3. Изменчивость генома. Полиморфизм ДНК .............................................................. 37
3.1. Основные виды геномного полиморфизма ...................................................... 37
3.2. Функциональная значимость ДНК-полиморфизмов .................................. 39
3.3. Номенклатура мутаций и генных полиморфизмов ...................................... 42
4. Генотип и фенотип .......................................................................................................... 44
4.1. Генотип, гаплотип, гаплогруппа .......................................................................... 44
4.2. Фенотип ....................................................................................................................... 47
4.3. Наследование количественных признаков ...................................................... 48
4.4. Типы наследования признаков ............................................................................ 50
4.5. Норма и диапазон реакции .................................................................................... 52
Глава II. Введение в спортивную генетику .................................................................... 54
1. История спортивной генетики .................................................................................... 54
1.1. Спортивная генетика в догеномный период ................................................... 54
1.2. Спортивная генетика в постгеномный период ............................................... 57
3
Стр.3
2. Индивидуальные различия в развитии физических
и психических качеств ..................................................................................................... 62
3. Наследуемость и тренируемость ............................................................................... 66
3.1. Основные методы изучения механизмов наследуемости ........................... 66
3.2. Наследуемость признаков и тренируемость физических
качеств .......................................................................................................................... 70
4. Спортивная одаренность и гениальность ................................................................ 76
4.1. Общие представления о гениальности и таланте .......................................... 76
4.2. Структура и частота появления спортивного таланта ................................. 78
4.3. Генеалогические особенности спортивной одаренности ............................ 79
5. Методологические подходы картирования генов,
ассоциированных со спортивной деятельностью ................................................... 80
Глава III. Молекулярно-генетические методы ............................................................. 92
1. Работа с биологическим материалом ........................................................................ 92
1.1. Забор и хранение биологического материала ................................................. 92
1.2. Выделение ДНК из биологического материала ............................................. 94
2. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) и рестрикционный анализ ................... 95
2.1. Основные принципы ПЦР ..................................................................................... 95
2.2. Анализ полиморфизма длины рестрикционных фрагментов ................... 98
2.3. Подбор условий ПЦР .............................................................................................. 100
3. ПЦР в реальном времени ................................................................................................ 102
Глава IV. Генетические маркеры и спорт ........................................................................ 106
1. Общие представления. Классификация генетических маркеров ...................... 106
2. Генетические маркеры выносливости ........................................................................ 109
2.1. I аллель гена ангиотензинпревращающего фермента (ACE) ..................... 110
2.2. 6.7-kb аллель гена адренергического
рецептора α-2A типа (ADRA2A) ........................................................................... 113
2.3. 16Arg аллель гена β-2 адренергического рецептора (ADRB2) .................. 113
2.4. Gln12 аллель гена АМФ-дезаминазы (AMPD1) ............................................ 114
2.5. –9 аллель гена брадикининового рецептора β2 (BDKRB2) ....................... 115
2.6. Rs1867785 G и rs11689011 T аллели гена эндотелиального
PAS-домен протеина (EPAS1) ............................................................................... 116
2.7. (GGAA)n 185-bp аллель гена рецептора
эритропоэтина (EPOR) ........................................................................................... 117
2.8. 825T аллель гена гуанин связывающего
протеина 3 (GNB3) ................................................................................................... 118
4
Стр.4
2.9. 63Asp аллель гена гемохроматоза (HFE) ........................................................... 118
2.10. Pro582 аллель гена фактора, индуцируемого
гипоксией 1 (HIF1A) ................................................................................................ 119
2.11. Glu23 аллель гена АТФ-зависимого калиевого канала,
подсемейства J, 11-го типа (KCNJ11) ................................................................. 120
2.12. Гаплогруппы мтДНК ............................................................................................... 121
2.13. Gly160 аллель гена ядерного фактора активированных
T-клеток, С4 (NFATC4) ........................................................................................... 123
2.14. Glu298 и 164-bp аллели гена эндотелиальной
NO-синтазы (NOS3) ................................................................................................ 126
2.15. Rs4253778 G аллель гена α-рецептора, активируемого
пролифераторами пероксисом (PPARA) .......................................................... 128
2.16. Rs2016520 C аллель гена δ-рецептора, активируемого
пролифераторами пероксисом (PPARD) .......................................................... 132
2.17. Gly482 аллель гена коактиватора PPARγ,
1 α (PPARGC1A) ........................................................................................................ 135
2.18. 203Pro и 292Ser аллели гена коактиватора PPARγ,
1 β (PPARGC1B) ........................................................................................................ 138
2.19. 5I аллель гена регуляторной B субъединицы
протеинфосфатазы 3, α (PPP3R1) ...................................................................... 139
2.20. 12Thr аллель гена митохондриального транскрипционного
фактора A (TFAM) .................................................................................................... 143
2.21. 55Val аллель гена разобщающего белка 2 (UCP2) ......................................... 144
2.22. Rs1800849 T гена разобщающего белка 3 (UCP3) ......................................... 145
2.23. Rs2010963 C аллель гена фактора роста эндотелия
сосудов A (VEGFA) ................................................................................................... 146
2.24. 472Gln аллель гена рецептора 2-го типа фактора роста
эндотелия сосудов (VEGFR2) ............................................................................... 149
2.25. Гаплогруппы Y-хромосомы ................................................................................... 151
3. Гегенетические маркеры быстроты и силы ............................................................. 151
3.1. D аллель гена ангиотензинпревращающего
фермента (ACE) ......................................................................................................... 152
3.2. Arg577 аллель гена α-актинина-3 (ACTN3) ...................................................... 154
3.3. (CAG)n
L (≥22) аллели гена рецептора андрогена (AR) .............................. 158
3.4. 582Ser аллель гена фактора, индуцируемого
гипоксией 1 (HIF1A) .................................................................................................. 160
3.5. Rs4253778 C аллель гена α-рецептора, активируемого
пролифераторами пероксисом (PPARA) ............................................................ 161
3.6. 12Ala аллель гена γ-рецептора, активируемого пролифераторами
пероксисом (PPARG) ................................................................................................. 163
5
Стр.5
4. Генетические маркеры, ассоциированные с деятельностью
высшей нервной системы ................................................................................................ 165
4.1. Генетические маркеры личностных
характеристик человека ......................................................................................... 166
4.2. Генетические маркеры умственных способностей ........................................ 175
5. Комплексное использование генетических маркеров ......................................... 177
Глава V. Фармакогенетика и нутригенетика спорте ................................................... 183
Глава VI. Генетическое тестирование в спорте ............................................................ 191
Заключение ................................................................................................................................ 200
Приложения ............................................................................................................................... 202
Список литературы .................................................................................................................. 206
Словарь терминов .................................................................................................................... 261
6
Стр.6