Генетическая дифференциация спортсменов-стрелков по аутосомным ДНК-маркерам

Ключевые слова: спортсмены-стрелки, генетическая дифференциация, популяция, ДНК-маркеры.

Введение. Выявление генетических маркеров, ассоциированных с высокими спортивными достижениями в различных видах спорта, имеет важное научно-практическое значение [1, 5], поскольку изучение осо­бенностей «генетической конституции» квалифицированных спортсме­нов может позволить установить конкретные генетические системы, ко­торые могут быть положены в основу отбора будущих спортсменов и совершенствования учебно-тренировочного процесса.

В настоящей статье представлены результаты оценки генетической дифференциации спортсменов-стрелков и популяции по трем аутосом-ным ДНК-маркерам с целью выявления генов, определяющих данную дифференциацию.

Методы и организация исследования. Исследование проводи­лось в 2005-2006 гг. сотрудниками Научно-исследовательской лабора­тории Факультета физической культуры совместно со специалистами Ме­дицинского факультета Белгородского государственного университета на базе ШВСМ г. Белгорода со спортсменами, занимающимися пулевой стрельбой. Выборка включала 30 спортсменов-стрелков, 17 из которых - мастера спорта и кандидаты в мастера спорта, 1 - мастер спорта меж­дународного класса и 12 спортсменов, имеющих I и II разряды. У спорт­сменов был произведен забор крови с последующим генетическим ана­лизом, обработкой и интерпретацией полученных данных. Эти данные сравнивались с данными групп квалифицированных спортсменов, спорт­сменов массовых разрядов и популяцией испытуемых, не занимающих­ся спортом (492 человека).

Материалом для исследования послужили данные о частотах генов трех генетических систем (полученных нами ранее): VNTR-полиморфизм второго интрона переносчика серотонина (hSERT), инсерционно-деле-ционный полиморфизм гена ангиотензин-конвертирующего фермента (ACE), полиморфизм минисателлита в гене - переносчике дофамина (DAT1), представленные в табл. 1.

Выбор данных генетических локусов для исследования обуслов­лен, во-первых, их существенной ролью в регуляции важных физио­логических функций организма: эмоционального состояния, мышеч­ного тонуса (hSERT, DAT1), уровня артериального давления (ACE); во-вторых, значительным генетическим полиморфизмом этих сис­тем [4].

Генетическая дифференциация (G_ST) оценивалась по следующим формулам [3]:

где: G_ST- коэффициент генной дифференциации; D_ST- показатель генети­ческого сходства между субпопуляциями; H_t- общее генетическое разно­образие тотальной популяции; H_s- генетическое разнообразие внутри суб­популяций (гетерозиготность локальных субпопуляций): H_s=1-I_s, H_t=1- I_t, где: x_ik- частота k-го аллеля в i-й субпопуляции; x_k-средняя частота k-го аллеля по Sпопуляциям.

По частотам аллелей, приведенным в табл.1, были определены генетические расстояния между спортсменами и популяцией как по отдельным генам, так и по совокупности рассматриваемых локусов.

Таблица 1.
Частота генов ангиотензин-конвертирующего фермента (АСЕ), серотонинового транспортера (hSERT) и переносчика дофамина (DAT1)

Генетические расстояния между популяциями были рассчитаны с помощью программы DJgenetic(версия 0.03 beta), разработанной Ю. А. Серегиным и Е. В. Балановской в ГУ МГНЦ РАМН. При расчете расстояний использовали общепринятый в популяци-онно-генетических исследованиях метод сравнения популяций (групп индивидуумов: «спортсмены - по­пуляция») по частотам аллелей полиморфных марке­ров по методике Nei [7, 8].

Расстояние по М. Neiосновано на понятии иден­тичности генов для двух популяций. При исследова­нии генетического сходства по многим локусам на­ходится общая генетическая идентичность I:

где: (2n-1) - поправка на непрерывность; p_|u1- час­тоты аллеля uлокуса l, индексы 1 и 2 относятся к пер­вой и второй популяциям соответственно; .

Генетическое расстояние по M. Nei рассчитыва­лось по формуле:
Dn= - InI.

На основе полученных матриц генетических рас­стояний был проведен кластерный анализ с исполь­зованием пакета программ Statistba (версия 6.0).

Для построения кластеров использовали иерар­хическую агломеративную процедуру, результатом которой является образование нескольких класте­ров. Графически агломеративная иерархическая про­цедура иллюстрируется дендрограммой (по горизонтальнойоси откладываются номера рассматриваемых групп индивидуумов, по вертикальной - уровни расстояния между ними). Построение дендрограмм осуществлялось методом наименьшей внутрикластерной дисперсии Уорда [2].

Генетическое сходство обследуемых спортсме­нов и популяции осуществлялось с помощью опре­деления генетических расстояний.

Результаты и их обсуждение. Анализ уровня ген­ной дифференциации (G_ST) между спортсменами и по­пуляцией показал, что его значение составляет G_ST=0,0051, что соответствует аналогичному показате­лю, полученному нами ранее для пяти популяций Цент­ральной России - G_ST=0,0050 [6]. Это свидетельствует о корректности проведенных нами оценок генетического разнообразия среди спортсменов и населения в целом. При этом следует отметить, что в анализируемой нами группе «спортсмены - популяция» наибольший уровень генной дифференциации имеет локус DAT1 (ген перенос­чика дофамина), который составляет G_ST=0,0141, что, во-первых, более чем в 2 раза выше показателя для этого локуса среди населения Центральной России (G_ST=0,0064), во-вторых, значительно выше уровня диф­ференциации в группе «спортсмены - популяция» по другим рассматриваемым генам - ACE(G_ST=0,00) и hSERT(G_ST=0,0013), в-третьих, существенно выше (прак­тически в 3 раза) среднепопуляционного уровня диффе­ренциации (G_ST=0,0050-0,0051), что может свидетель­ствовать о действии дифференцирующего отбора на ал­лели этого гена [1] (например, отбора спортсменов-стрелков, имеющих высокие спортивные достижения).

Таким образом, полученные данные свидетель­ствуют о том, что спортсмены-стрелки и популяция имеют существенные генетические различия по гену переносчика дофамина (DAT1).

Далее для оценки степени генетического сход­ства спортсменов и популяции мы использовали еще один метод - определение генетических расстояний. Полученные значения генетических расстояний пред­ставлены в табл. 2. Анализ данных табл. 2 показыва­ет значительную вариабельность значений генетичес­ких расстояний по отдельным локусам как между сравниваемыми группами спортсменов (мастера спорта, кандидаты в мастера спорта - спортсмены Iи IIразрядов), так и между спортсменами и популя­цией (d=0,001-0,050). Особый интерес представля­ют результаты оценок генетических дистанций, полученных по гену переносчика дофамина (DAT1), по ко­торому ранее была выявлена наибольшая генетичес­кая дифференциация. По локусу DAT1 наименьшие генетические дистанции наблюдаются между спорт­сменами разрядов и популяцией (d=0,001), а наи­большие - между мастерами спорта, кандидатами в мастера спорта и популяцией (d=0,018). Генетичес­кое расстояние по этому гену между мастерами спорта, кандидатами в мастера спорта и спортсме­нами I и II разрядов имеет промежуточное значение (d=0,009).

Таблица 2.
Генетические расстояния между группами спортсменов-стрелков и популяцией (по генам АСЕ, hSERTи DAT1)

Таким образом, по гену переносчика дофамина (DAT1) достаточно эффективно оценивается степень генетических различий между сравниваемыми груп­пами спортсменов и популяцией, причем генетичес­кие различия возрастают в ряду: популяция - спорт­смены I и II разрядов - мастера спорта, кандидаты в мастера спорта.

На основе матрицы генетических расстояний, рассчитанной по наиболее информативному локусу DAT1, был проведен кластерный анализ и построена дендрограмма. Анализ дендрограммы свидетель­ствует о том, что общий кластер формируют спорт­смены I и II разрядов и популяция, тогда как мастера спорта и кандидаты в мастера спорта оказываются генетически удаленными как от популяции, так и от спортсменов I и II разрядов.