马运动基因研究综述

(1.湖南农业大学 动物科技学院， 湖南 长沙 410128;2.禽畜遗传改良湖南省重点实验室，湖南 长沙 410128)

0 引言

马不但经历了长期的自然选择，表现为躲避敌害及长距离迁徙的能力，并且经过6 000年的人工选择，作为工业化时代之前的重要畜力更着重对其运动能力的选择，这些进化驯化的过程使得马具有卓越的运动能力，因此，马一直是科学界研究运动模式的重要物种。马的运动性状是可遗传的，因此在基因组学研究上有其重要价值。传统马匹选育的核心理论在于，认为具有优秀运动表现的马匹，他们的后代也会继承父母的优异运动性状。因此，早期的欧美马主依据详细的马匹谱系资料选取具有突出运动能力的马匹作为种马。随着现代遗传学理论的建立和发展，Gaffney 和 Cunningham的研究表明尽管马匹的运动性状是复杂的，会受到环境、营养、训练、管理等因素的影响，但有35%～55%的运动潜质是可以遗传给后代的。

1 马可作为运动基因组研究的模式生物

早期将马作为运动模型所选择的研究对象，主要是以赛马及其马术运动为主的纯血马。纯血马历经400多年的人工选择，长期定向的人工选择使得纯血马具备了优良的运动素质：强大的心血管系统，强健的肌肉和骨骼使得纯血马可以高速完成赛程。Georges、Sellner、Goddard 和 Hayes等多人的研究发现：较小的起始培育群体，强烈持续的对运动能力的人工选择，使得纯血马成为绝佳的运动能力研究模式动物，用以研究揭示基因组中存在选择效应的运动能力相关区域，从而挖掘运动能力候选基因，探索运动能力同基因功能之间的互作关系。

2 马运动基因组研究现状

Gu(2009)等人首先采用全基因组关联分析揭示了赛马存在阳性选择区域，即表现强烈人工选择的区域。随后在这些区域中发现并精确定位克隆了一系列有关能量代谢，氧化磷酸化，骨骼肌肌肉结构和发育的基因[1]。在这些基因中，研究者们第一次发现了赛马中存在名为编码肌肉生长抑制素(MSTN)的“速度基因”。速度基因内含子中一个位点的突变与纯血马在赛场中不同比赛距离夺冠可能性有极其显著的关联。以人类运动员做个比喻，简单来说这个速度基因决定马适合进行短跑还是长跑。发现了速度基因以后，研究者们又进行了速度基因遗传机理的研究。研究者们发现拥有适合短跑或是长跑基因型的马在进行训练过程中，它们的mRNA基因表达水平有显著不同。这项研究表明，MSTN基因并不是通过改变蛋白合成来影响马的运动性状，而是通过表达调控来进行的。随后，研究者们采用最新问世的可以大规模同时扫描5万个SNP遗传标记的马全基因组SNP基因芯片，以118匹世界冠军赛马作为研究对象，运用全基因组关联分析(GWAS)系统全面的分析了在马全基因组中可能存在的同运动性状显著相关的基因。结果研究者发现了有超过40余个同赛马运动绩效有极其显著相关的基因，而在这些基因中，MSTN表现最为显著的。除此以外，研究者们还发现肌酸激酶肌肉型(CKM)、过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α(PGC-1α)、丙酮酸脱氢酶激酶4(PDK4)和细胞色素c氧化酶亚基4，2亚型(COX4I2)也同赛马运动性状有显著相关。研究者们还利用分子遗传学、古老DNA、群体遗传学等对赛马运动基因的起源进行了鉴定。

系统的研究表明：在这一系列运动性能候选区间中，研究者们发现显著相关的SNP突变均为基因间SNPs，期望后续研究能对其影响的远端调控元件和相关靶基因进行搜索和鉴别，以期寻找到影响马运动性能的因果基因和重要远端长距离调控元件。

3 结语

由于马的基因组同人类基因组序列有一定相似性，且马同人类遗传疾病具有相似的发病机理和遗传背景，这都表明马很适宜作为非啮齿类大型模式生物进行研究，从而期望可以对解析人类运动方面的一些复杂疾病和性状，如强直性周期性瘫痪、恶性高热、多糖贮积症、瓦尔敦堡综合征II型、遗传性肌阵挛、运动能力等机理做出有益贡献。