ВЫНОСЛИВОСТЬ

 

 

Выносливость – физическое качество, необходимое для преодоления длительных физических нагрузок.

Футбол, бег на длинные дистанции, гиревой спорт – вот далеко не весь перечень видов спорта, требующих от спортсмена большой выносливости.

Одним из самых перспективных генетических маркеров выносливости принято считать ген АКФ, связь которого с выносливостью впервые обнаружил Х. Монтгомери.

 

 

 

 

Статьи

1.       РАСШИФРОВКА ГЕНОМА ЧЕЛОВЕКА И СПОРТ

2.       ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

3.     Human gene for physical performance

4.       PHYSIOLOGY: THE ACE GENE AND MUSCLE PERFORMANCE

ABSTRACTS

    

1. Genomic scan for maximal oxygen uptake and its response to training in the HERITAGE Family Study
2. Genome-wide linkage scan for exercise stroke volume and cardiac output in the HERITAGE Family Study
3. The Na⁺-K⁺-ATPase α2 gene and trainability of cardiorespiratory endurance: the HERITAGE Family Study
4. Major gene effects on exercise ventilatory threshold: the HERITAGE Family Study

 

 

 

РАСШИФРОВКА ГЕНОМА ЧЕЛОВЕКА И СПОРТ

Доктор биологических наук, профессор В.А. Рогозкин

Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт физической культуры, Санкт-Петербург

Ключевые слова: геном человека, физическая активность, генетические маркеры, этические принципы генетического тестирования.

В феврале 2001 года два наиболее авторитетных научных журнала в мире "Nature" и "Science" опубликовали отчеты двух научных групп, расшифровавших геном человека. В журнале "Nature" от 12 февраля 2001 года приведены подробные данные о структуре генома человека, полученные международным консорциумом под руководством Френсиса Коллинза, в котором работали ученые Англии, Германии, Китая, США, Франции и Японии в рамках международной программы "Геном человека" с привлечением государственного финансирования. Эта группа выделила в ДНК особые маркеры, легко распознаваемые участки, и по ним определила нуклеотидные последовательности генома человека.

В журнале "Science" от 16 февраля 2001 года ученые частной фирмы "Celera Genomics" под руководством Крэга Вентера опубликовали результаты расшифровки генома человека, полученные с применением другой стратегии исследований, в основе которой лежит анализ последовательностей нуклеотидных оснований в коротких участках ДНК человека. Таким образом, при расшифровке генома человека были использованы два научных подхода, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Важно отметить, что получены близко совпадающие результаты, которые взаимно дополняют друг друга и свидетельствуют об их достоверности. Вопрос о точности изучения последовательностей ДНК особенно важен в отношении генома человека. В нашем геноме существует большое число повторов нуклеотидов. Кроме них в хромосомах есть теломеры, центромеры и зоны гетерохроматина, где секвенирование затруднено и они пока исключены из исследований. Предварительный анализ опубликованных материалов по расшифровке генома человека позволяет отметить несколько особенностей. Количество генов у человека оказалось сущестенно меньше, чем предполагали ученые несколько лет назад, называя величины 80-100 000 генов. По данным, опубликованным в журнале "Nature", у человека около 32 000 генов, тогда как в геноме мухи дрозофил их 13 000, круглого червя нематоды - 19 100, а растения арабидопсиса - 25 000 генов. При сопоставлении этих величин следует иметь в виду, что расчетное число генов человека получено методами компьютерной геномики и не у всех генов выявлены конечные продукты. Кроме того, в геноме человека действует принцип "один ген - много белков", то есть многие гены кодируют семейство родственных, но существенно различающихся белков. Следует также иметь в виду процесс посттрансляционной модификации белков за счет различных химических групп - ацетильных, гликозильных, метильных, фосфатных и других. Поскольку таких групп в молекуле белка много, то и разнообразие может быть практически безграничным. Другой особенностью генома человека является наличие в нем генов различных вирусов и бактерий, которые постепенно накапливались в процессе многомиллионной эволюции человека. По образному выражению академика Л.Л. Киселева, "...геном человека представляет собой молекулярное кладбище, на котором покоятся вирусные и бактериальные гены, большинство из них молчит и не функционирует".

Результаты расшифровки генома человека показали, что те 32000 генов, которые идентифицированы в настоящее время, составляют только 5% по объему, а 95% приходится на повторы разных типов, псевдогены, молекулярные остатки вирусов и бактерий и другие элементы, функциональная роль которых остается нераскрытой. Проблема "некодирующей" ДНК возникла давно, и множество гипотез указывает на то, что она далека от решения.

Расшифровка "смысловой" части генома человека - генов, кодирующих белки и РНК, открывает новые возможности в молекулярной диагностике не только наследственных заболеваний, но и развития и выявления изменений в функциональных особенностях здорового организма. Возникают принципиально новые направления в области генетического тестирования [1].

Благодаря тому, что в мире идентифицировано множество генов, ответственных за многие болезни человека, в том числе наследственные, нейро-дегенеративные, онкологические, бурно развиваются два направления медицинской геномики - геномная диагностика, которая позволяет диагностировать не менее 30 различных наследственных заболеваний, а также поиск и идентификация генов, определяющих предрасположенность ко многим тяжким болезням человека. Наряду с этим в последние два года постепенно формируется новое направление, которое можно отнести к функциональной геномике, поскольку оно выявляет связи между активностью отдельных генов и различными функциями человека. Среди них важное место занимает выявление связи специфических генов с развитием двигательной функции человека.

Формирование, развитие и проявление физических качеств человека подчинено сложной цепи взаимодействия генетических факторов и внешнего влияния окружающей среды, которое в процессе многолетней спортивной подготовки включает тренировочные воздействия, соревновательные нагрузки и необходимые средства восстановления. В результате такого взаимодействия наследственные признаки иногда проявляются полностью или частично. Генетический аспект, несомненно, играет роль в развитии физических качеств человека. Вместе с тем следует признать, что объективных доказательств этого пока недостаточно, ибо применяемые в спортивной практике различные тесты измеряют не генотипический, а фенотипический уровень физических качеств. Очевидно, следует говорить о наследовании определенной генетической предрасположенности к формированию различных физических качеств человека, развитие которых зависит от биосоциальных условий. Идентификация генетического маркера [2], позволяющего прогнозировать развитие физических качеств человека, имеет большое значение для наиболее эффективного профессионального отбора в спорт и другие виды деятельности, связанные с экстремальными физическими нагрузками.

Стремительные успехи в расшифровке генома человека значительно расширили диапазон исследований по выявлению генетической предрасположенности к выполнению мышечной деятельности различного характера и длительности. Одним из наиболее важных для спорта практических достижений молекулярной генетики является разработка методов ДНК-диагностики, позволяющих выявлять участки ДНК, ответственные за генетическую детерминацию определенных метаболических и функциональных признаков, и среди них - за развитие двигательной функции человека. На прошедших в 2000 году семи крупных международных конгрессах и конференциях по спортивной науке одной из основных проблем, привлекших внимание многих участников, было выявление связи между полиморфизмом отдельных генов и спортивными результатами.

Анализ докладов, представленных на этих конференциях, позволяет сделать следующие обобщения :

1. Значительно увеличилось количество научных организаций в разных странах, где проводятся исследования по данной проблеме: Австралия, Англия, Бразилия, Германия, Испания, Италия, Канада, Китай, Россия, США, Финляндия, Япония.

2. Основные исследования сосредоточены в США, где финансируются два крупных проекта, которыми руководит д-р Клод Бочар. Один из них под названием "Наследство" выполняется учеными из пяти университетов, и на его осуществление выделено 23 млн долларов. Второй проект называется "Генатлет" и выполняется учеными четырех стран (США, Канада, Германия и Финляндия). Под наблюдением находятся 300 спортсменов, имеющих МПК свыше 75 мл/кг/мин, и 300 нетрениро ванных испытуемых с МПК ниже 50 мл/кг/мин.

3. Ген ангиотензин-конвертирующего фермента (АКФ) остается основным генетическим маркером, связь которого со спортивными результатами в разных видах спорта продолжает интенсивно исследоваться в разных лабораториях мира [2, 7, 8]. Кроме этого исследуется связь между физической активностью человека и полиморфизмом еще шести генов [9].

Ангиотензин-конвертирующий фермент является ключевым ферментом ренин-ангиотензиновой системы, важнейшего гуморального регулятора артериального давления. Под действием этого фермента происходит генерация ангиотензина II - наиболее активного сосудосуживающего вещества и деградация брадикинина - важного сосудорасширяющего фактора. Изучение гена АКФ показало возможность инсерционно-делеционного полиморфизма, который заключается в наличии (insertion) или отсутствии (delection) фрагмента длиной из 287 пар нуклеотидов в 16-м интроне. На основании распределения I- и D-аллелей выделяют три генетических варианта полиморфизма: гомозиготные I/I и D/D, а также гетерозиготный I/D.

Существует четкая зависимость между генотипом АКФ и активностью АКФ. Мета-анализ 29 исследований, в которых параллельно определялись полиморфизм гена АКФ и уровень АКФ плазмы, выявил следующее соотношение при наличии D/D или I/D генотипа по сравнению с I/I генотипом: уровень АКФ в контрольных группах оказался выше на 58 и 31% соответственно. Таким образом, эффект D-аллеля является кодоминантным.

Изменения в активности АКФ вызывают соответствующие изменения концентрации ангиотензина II, и это отражается на внутриклеточном метаболизме многих тканей. Оказалось, что ангиотензин II не только участвует в метаболизме как регулятор гемодинамики, но и одновременно является фактором роста, усиливающим процессы синтеза структурных белков в клетках миокарда, что приводит к гипертрофии сердечной мышцы [8].

В России изучение данной проблемы пока ограничено участием двух организаций - Института цитологии РАН и Санкт-Петербургского НИИ физической культуры. Сопоставление результатов, полученных в Санкт-Петербурге и в одной из ведущих лабораторий мира - Центре сердечно-сосудистой генетики Лондонского университета (Англия), свидетельствует об их корректности и открывает возможность для осуществления совместных научных проектов.

Расширение масштабов генетического тестирования обостряет связанные с ним этические и юридические проблемы [3].

Одна из причин повышенного внимания к проблемам генетического тестирования -прогрессирующая коммерциализация генетики человека. Впервые в современной науке сложилась необычная ситуация, когда в работу над важным и дорогостоящим проектом "Геном человека" включились индивидуальные исследователи, создавшие частные фирмы и вступившие в острую конкуренцию с институтами и университетами, финансируемыми правительствами ведущих стран. Существенная разница в исследованиях университетских и институтских групп, работающих за счет грантов, представляемых правительствами, и коммерческих групп может в ближайшее время изменить ситуацию на финансовых рынках мира, поскольку патенты могут принести невиданные прибыли фармацевтическим и медицинским компаниям, для которых информация о генах человека крайне важна. На рынке предлагаются наборы для генетического тестирования стремительно расширяющегося ассортимента различных генов и комплексные услуги, включающие их проведение. ДНК-диагностика во многих отношениях предпочтительнее традиционной диагностики, основывающейся либо на выявлении нарушений обмена веществ, либо на идентификации дефектных белков.

Расширение масштабов и увеличение эффективности генетического тестирования не только имеет положительные последствия, но и приводит к серьезному обсуждению этических и юридических вопросов. Научная общественность ряда стран проявляет серьезное беспокойство по этой проблеме и организует ряд международных и национальных конференций, на которых проводится широкое обсуждение и принимаются декларации и рекомендации по юридическим аспектам использования генетической информации. Основное внимание на таких научных форумах сосредоточено на обсуждении трех ключевых вопросов:

1. Кто и с какой целью имеет право проводить генетические тестирования?

2. Кому принадлежит право собственности на генетическую информацию и как она должна использоваться и храниться?

3. Нужно ли учитывать данные генетического тестирования при профессиональном отборе и страховании жизни?

Генетическое тестирование и получаемая в результате информация носят сугубо личный характер. Большая часть генетической информации представляет собой только прогностический, вероятностный, характер. Определенный ген лишь с той или иной степенью вероятности может способствовать развитию какого-либо заболевания или нарушению функции организма. Именно этим вероятностным характером генетической информации объясняется необходимость защитить человека от возможного социального давления и строго соблюдать процедуры получения его согласия.

В основе выработанного научным сообществом консенсуса лежат пять основных принципов: автономии, неприкосновенности частной жизни, справедливости, равной доступности и качества, исходящих из принципов уважения достоинства человека [4].

Интересы и благо конкретного человека должны превалировать над интересами общества, науки и любыми другими интересами. Геномные исследования не могут быть основанием для любой формы дискриминации или для доказательства биологического превосходства отдельных индивидов и групп [5].

Появившиеся в последние месяцы в американских научных журналах публикации свидетельствуют о том, что достижения генетики рассматриваются среди новых технологий, рекомендуемых к использованию в сфере профессионального и олимпийского спорта [6, 9].

Исследования и обсуждения морально-правовых проблем, возникающих в связи с реализацией проекта "Геном человека", имеют существенное значение для формирования механизмов моральной саморегуляции медицины разного научного сообщества и для разработки национальных и международных заказов, рекомендаций и правил проведения исследований и практической реализации полученных знаний [4].

В данной статье мы не ставили перед собой цели подробно остановиться на анализе всех сложных проблем, связанных с реализаций последних достижений генетики. В нашу задачу входило рассмотреть комплекс этических и юридических проблем, касающихся исследования генетической информации в сфере спорта и привлечь внимание спортивной научной общественности. В настоящее время это один из важнейших вопросов, стоящих перед формирующейся новой отраслью знаний - общественной генетикой (community genetics).

Литература

1. Киселев Л.Л. Геном человека и биология XXI века //Вестник РАН, 2000.Т. 70, № 5, с. 412-424.

2. Рогозкин В.А., Назаров И.Б., Казаков В.И. Генетические маркеры физической работоспособности человека //Теор. и практ. физ. культ., 2000, № 12, с. 34-36.

3. Тетушкин Е.Я. Генетическая дискриминация при страховании и трудоустройстве //Генетика. 2000. Т. 36, № 7, с. 887-899.

4. Этико-правовые аспекты проекта "Геном человека" (международные документы и аналитические материалы). - М.: РНКБ РАН, 1998. -190 с.

5. Этические принципы проведения геномных исследований человека и связанных с ними медицинских процедур //Генетика. 1999. Т.35, № 10, с. 1437-1438.

6. Andersen Jl., Schjerling P., Saltin B. Muscle, Genes and Athletic Performance //Scientific Amer., 2000, September. -- Р. 31--37.

7. Montgomery H., Clarkson P., Hemingway H. et al. Human gene for physical performance //Nature, 1998, v. 393. - Р. 221.

8. Myerson S., Hemingway H., Budget R. et al. Human angiotensin I-converting enzyme gene and endurance performance // J. Appl. Physiol., 1999, v. 87 (4). - Р. 1313-1316.

9. Taubes G. Scientists are engaged on a frustrating search for genes to identify future Olympians //Scientific American Presents, 2000, v. 11(3). - Р. 31-38.

 

 

 

 

 

 

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

Заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор биологических наук, профессор В.А. Рогозкин Кандидат биологических наук И.Б. Назаров Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт физической культуры Кандидат биологических наук В.И. Казаков Институт цитологии РАН, Санкт-Петербург Известно, что многие качества человека, такие, как телосложение, сила, быстрота, выносливость, свойства нервной системы и т.д., генетически детерминированы и передаются по наследству. Формирование, развитие и проявление этих качеств в течение жизни подчинено сложной цепи взаимодействия как внутренних (генетических) факторов, так и внешнего влияния окружающей среды. В результате этого взаимодействия наследственные признаки могут проявляться полностью или частично. В формировании таких признаков путем многочисленных биохимических взаимодействий принимают участие продукты многих генов. В ряде случаев сложно оценить, что вносит больший вклад в формирование признака - наследственность или среда? Поэтому следует говорить о наследовании определенной генетической предрасположенности к формированию различных физических качеств, развитие которых зависит от условий окружающей среды. При сходных условиях жизнедеятельности (питании, физических нагрузках, режиме и т.д.) у людей с различной генетической предрасположенностью физические качества формируются по-разному. Следовательно, выяснение генетической предрасположенности конкретных людей позволит значительно повысить эффективность отбора в спорте и судить о пределах физической работоспособности организма уже в раннем возрасте. По мере углубления знаний об организации генома человека появляется все больше данных о механизмах работы генов, ответственных за проявление физиологических и метаболических функций. Оказалось, что одни и те же гены у разных людей работают по-разному, то есть количество продукта гена может быть больше или меньше в зависимости от строения регуляторных областей гена. Особый интерес для научно обоснованного отбора спортсменов в различных видах спорта представляет изучение особенностей работы генов, белковые продукты которых (структурные белки, ферменты, гормоны, рецепторы) могут прямо или косвенно участвовать в развитии двигательной функции. Как показали результаты исследований последних лет, наиболее вероятными кандидатами на эту роль являются гены, определяющие функции сердечно-сосудистой системы [1 - 8]. Одним из таких генов является ген ангиотензин -конвертирующего фермента (АКФ). АКФ - ключевой фермент ренин-ангиотензиновой и калликреин -кининовой систем - важнейших гуморальных регуляторов артериального давления. Под действием АКФ происходит образование ангиотензина II - наиболее активного сосудосуживающего вещества и деградация брадикинина - важного сосудорасширяющего фактора. У человека имеется несколько форм гена АКФ. В этом гене может содержаться или отсутствовать участок длиной 287 пар нуклеотидов, содержащий регуляторный элемент. Такое явление называется генетическим полиморфизмом. При наличии этого участка (инсерции) наблюдается пониженная активность АКФ в крови и тканях, при его отсутствии (делеции) активность АКФ повышена. Изменения активности АКФ вызывают соответствующие изменения концентрации ангиотензина II. Ангиотензин II является важнейшим регулятором гемодинамики и влияет на процессы синтеза структурных белков в кардиомиоцитах. Х. Монтгомери с соавторами установил ассоциацию инсерционно-делеционного полиморфизма (ИДП) гена АКФ с ростом спортивных результатов [7, 8]. Нами исследован ИДП в гене АКФ у различных групп спортсменов высокой квалификации, специализирующихся в различных видах спорта. ДНК выделяли из периферической крови или смыва ротовой полости методом щелочной экстракции. Полиморфный участок гена АКФ амплифицировали при помощи полимеразной цепной реакции. Продукты реакции разделяли и идентифицировали методом электрофореза. Все обследуемые в соответствии с генотипом были распределены на три группы: инсерционные омозиготы (ИИ), гетерозиготы (ИД) и делеционные гомозиготы (ДД). Статистический анализ результатов проводили, используя критерий c2. В табл. 1 представлена частота встречаемости этих генотипов в различных популяциях. Как видно из данных таблицы, это распределение в европейских популяциях и у жителей Санкт-Петербурга имеет сходные значения. У спортсменов Санкт-Петербурга отмечено увеличение числа носителей генотипа ДД и снижение количества носителей генотипа ИИ по сравнению со спортсменами Англии. Таблица 1. Распределение генотипов среди различных групп населения Группа n Генотип, % Авторы ИИ ИД DD Население европейских стран 5479 23 49 28 Samanietal, 1994 Население Санкт-Петербурга 241 16 51 33 Собственные данные Спортсмены Англии 404 24 52 24 MeyersonetaL, 1999 Спортсмены Санкт-Петербурга 209 14 39 47 Собственные данные В табл. 2 приводится распределение по генотипам и частота И аллеля гена АКФ у спортсменов. Частоты встречаемости генотипов в целом у спортсменов и у людей, не занимающихся спортом систематически, не отличаются. Однако при исследовании генотипов спортсменов, специализирующихся в некоторых видах спорта, выявляются некоторые различия с контрольной группой. Например, у пловцов отмечается повышение частоты встречаемости И аллеля и снижение частоты Д аллеля. Наоборот, у спортсменов, занимающихся греблей, марафонским плаванием и особенно у триатлонистов частота И аллеля снижена и повышена частота Д аллеля. Таблица 2. Распределение генотипов и частота встречаемости И аллеля гена АКФ у спортсменов, специализирующихся в различных видах спорта Группа обследуемых n Генотип, % Частота И аллеля ИИ ИД ДД Р % Р Водное поло 23 13 56 31 0,87 41 0,99 Плавание 28 18 57 35 0,71 46 0,45 Плавание-марафон 10 20 20 60 0,13 30 0,32 Гребля 18 11 39 50 0,33 31 0,21 Триатлон 12 0 58 42 0,31 29 0,24 Всего по спортсменам 91 13 50 37 0,66 38 0,45 Контрольная группа 241 16 51 33 1,00 42 1,00 Примечание. Здесь и в табл. 3 р - уровень вероятности отсутствия отличий от контрольной группы. Еще более интересные результаты получаются, если распределить спортсменов не по видам спорта, а по типу энергообеспечения, который при выполнении соревновательных нагрузок известен заранее. В соответствии с этим спортсмены были разделены на три группы. Группа А включала спринтеров, специализирующихся на выполнении кратковременных высокоинтенсивных нагрузок, энергообеспечение которых происходит исключительно по анаэробному пути. Группа В представлена средневиками, энергообеспечение которых смешанное, а интенсивность соревновательных физических нагрузок находится в области МПК. Группа С состояла из марафонцев, имеющих, как известно, аэробный тип энергообеспечения. Кроме того, спортсмены были подразделены на высококвалифицированных (чемпионы России, мира, олимпийских игр) и квалифицированных (кандидаты и члены сборных команд России) спортсменов. Результаты представлены в табл. 3. Таблица 3. Распределение генотипов и частота встречаемости И аллеля гена АКФ у спортсменов, разделенных на группы по типу энергообеспечения Группа n Генотип,% Частота И аллеля ИИ ИД ДД Р % Р Квалифицированные спортсмены А 20 15 20 65 0,01* 25 0,04* В 24 21 58 21 0,46 50 0,26 С 32 19 31 50 0,10 33 0,20 Высококвалифицированные спортсмены А 12 8 17 75 0,01* 17 0,02* В 11 36 74 0 0,04* 68 0,01* С 7 14 29 57 0,94 29 0,34 Примечание. * - различия с контрольной группой достоверны. Среди спринтеров (группа А) обнаружены достоверное смещение распределения генотипов в сторону ДД и снижение частоты И аллеля. Среди средневиков (группа В) наблюдали противоположную картину - смещение распределения генотипов в сторону ИИ и ИД, а также значительное увеличение частоты И аллеля. Частоты встречаемости аллелей у марафонцев (группа С) достоверно не отличались от таковых у контрольной группы. Обращает на себя внимание тот факт, что указанные различия выражены гораздо ярче у высококвалифицированных спортсменов, чем у квалифицированных. Это можно объяснить тем, что среди спортсменов происходит своеобразный отбор в процессе их спортивной карьеры, в результате чего высококвалифицированными спортсменами становятся преимущественно лица с тем или иным генотипом в зависимости от спортивной специализации. По нашим предположениям, это происходит потому, что спринтеры в процессе выполнения соревновательных нагрузок используют энергетические субстраты, уже имеющиеся в мышцах. Повышенный уровень ангиотензина II, определяющийся Д аллелем, в процессе тренировок приводит, в частности, к гипертрофии скелетных мышц [6], что при прочих равных условиях может служить преимуществом для спринтеров - носителей генотипа ДД. Средневикам в отличие от спринтеров необходима срочная доставка кислорода из легких в скелетные мышцы для использования аэробных возможностей энергообеспечения. Естественно, что определенное преимущество получают спортсмены, у которых наблюдается повышенное кровоснабжение скелетных мышц вследствие увеличения просвета сосудов. По-видимому, это происходит из-за пониженной концентрации ангиотензина II в крови и тканях и связано с наличием И аллеля. У марафонцев интенсивность снабжения мышц кровью не имеет такого решающего значения, как у средневиков. На первый план выходит не срочная доставка кислорода и субстратов к мышцам, а экономизация энергетических ресурсов организма. Этим объясняется тот факт, что и у высококвалифицированных, и у квалифицированных марафонцев не наблюдается достоверных различий в частотах встречаемости И и Д аллелей с контрольной группой. Полученные нами данные можно рассматривать как предварительные. В дальнейшем необходимо расширить число видов спорта и увеличить количество обследованных спортсменов. Вместе с тем уже сейчас можно высказать следующие предположения. Можно думать, что в большинстве видов спорта отбор спортсменов проводится тренерами на основании физической готовности на момент отбора. Потенциальные возможности достижения высоких спортивных результатов в будущем учесть очень сложно. В этом тренерам может помочь выяснение генетической предрасположенности человека к выполнению различных физических нагрузок. Тем более что применяемые нами методы точны и не требуют обследования родственников тестируемого человека. Кроме того, это открывает реальные возможности применения дифференцированного подхода к организации и проведению тренировочного процесса с учетом генетической предрасположенности. Прогресс молекулярной биологии в последние годы требует от тренеров, работающих с различными возрастными контингентами спортсменов, определенной осведомленности о связи генов с развитием и проявлением различных физических качеств для более эффективного использования генетической предрасположенности спортсмена к выполнению специфической двигательной деятельности. Внедрение ДНК-диагностики имеет не только научное, но и социально-экономическое значение, способствуя охране здоровья населения и повышая эффективность работы специализированных спортивных организаций. В заключение следует отметить, что в реализации генетической детерминации к физической работоспособности принимают участие многие гены. Естествен но, нельзя ограничиться исследованиями полиморфизма только в одном гене АКФ. Последующие работы в этом направлении позволят расширить наши представления о генетической детерминации физической работоспособности человека. Литература 1. Назаров И.Б., Казаков В.И., Гижа И.В. и др. Влияние полиморфизма гена ангиотензин-конвертирующего фермента на сердечно-сосудистую систему при систематических физических нагрузках: Тезисы докладов II съезда Вавиловского общества генетиков и селекционеров. Санкт-Петербург, 1 - 5 февраля 2000 г., т. 2, с. 299 - 300. 2. Назаров И.Б., Медведев В.Н. и др. Определение полиморфизма гена ангиотензин-конвертирующего фермента у студентов физкультурных вузов: Актуальные проблемы физического воспитания в профессиональной подготовке студентов высшей школы. Санкт-Петербург, 2000, с.128 - 131. 3. Рогозкин В.А. Возможности применения молекулярно-генетических методов в спорте: Программа и материалы научной конференции СПбНИИФК. Санкт-Петербург, 1999, с. 9 - 10. 4. Рогозкин В.А., Назаров И.Б., Казаков В.И. и др. Возможности генетического отбора спортсменов: реальность и перспективы //Вестник спортивной медицины, 1999, № 3, с. 52. 5. Шелков О.М., Астратенкова И.В., Медведев В.Н. и др. Исследование полиморфизма гена ангиотензин-конвертирующего фермента в процессе спортивной подготовки: Программа и материалы научной конференции СПбНИИФК. Санкт-Петер бург, 1999, с. 10 - 11. 6. Folland J.P., Hawker K., Leach B. et al. ACE genotype affects the strength training response: 4th Annual congress of the ECSS, Rome, 1999, p.105. 7. Montgomery H.E., Clarkson P., Bornard M. et al. Angiothensin-converting enzyme gene insertion/deletion polymorphism and response to physical training. Lancet, 1999, v. 53, p. 541 - 545. 8. Montgomery H.E., Clarkson P., Hemingway H. et al. Human gene for physical performance. Nature, 1998, v. 393, p. 221.

 

 

 

Nature 393, 221 - 222 (1998)

Human gene for physical performance

H. E. MONTGOMERY¹, R. MARSHALL¹, H. HEMINGWAY¹, S. MYERSON¹, P. CLARKSON², C. DOLLERY², M. HAYWARD², D. E. HOLLIMAN³, M. JUBB⁴, M. WORLD⁴, E. L. THOMAS⁵, A. E. BRYNES⁵, N. SAEED⁵, M. BARNARD⁵, J. D. BELL⁵, K. PRASAD⁶, M. RAYSON⁷, P. J. TALMUD⁸ & S. E. HUMPHRIES⁸

¹ University College London Centre for Cardiovascular Research, Rayne Institute, University Street, London WC1E 6JJ, UK
² University College London Hospital, London WC1E 6DB, UK
³ Centre for Human Sciences, DERA Farnborough GU14 0LX, UK
⁴ Royal Defence Medical College, HMS Dolphin, Gosport, Hampshire PO12 2AB, UK
⁵ Imperial College School of Medicine MRI Unit, London W12 0HS, UK
⁶ St Georges Hospital, Department of Cardiovascular Sciences, London SW17 0RE, UK
⁷ Optimal Performance, Farnham GU9 7EB, UK
⁸ University College London Centre for Cardiovascular Genetics, Rayne Institute, University Street, London WC1E 6JJ, UK

A specific genetic factor that strongly influences human physical performance has not so far been reported, but here we show that a polymorphism in the gene encoding angiotensin-converting enzyme does just that. An 'insertion' allele of the gene is associated with elite endurance performance among high-altitude mountaineers. Also, after physical training, repetitive weight-lifting is improved eleven-fold in individuals homozygous for the 'insertion' allele compared with those homozygous for the 'deletion' allele.

The endocrine renin-angiotensin system is important in controlling the circulatory system. Angiotensin-converting enzyme (ACE, or kininase II) degrades vasodilator kinins, and converts angiotensin I (ATI) to the vasoconstrictor angiotensin II (ATII). In addition, local renin-angiotensin systems may influence tissue growth¹. A polymorphism of the human ACE gene has been described in which the deletion (D) rather than insertion (I) allele is associated with higher activity by tissue ACE².

There is evidence for a skeletal muscle renin-angiotensin system³, suggesting that muscle growth, and thus physical performance, might be positively associated with the Dallele. However, our initial studies suggested that the I allele was associated with improved endurance performance. We investigated this association in two parallel experiments.

High-altitude mountaineers perform extreme-endurance exercise. Thirty-three elite unrelated male British mountaineers, with a history of ascending beyond 7,000 metres without using supplementary oxygen, were identified by the British Mountaineering Council. DNA was extracted from a mouthwash sample of the 25 male respondents, and ACE genotype was determined using a three-primer polymerase chain reaction amplification⁴.

Genotype distribution was compared with that of 1,906 British males free from clinical cardiovascular disease⁵. Mean age was 40.6 6.5 years in the 25 subjects, and 55.6 3.2 years for the controls. Both groups were in Hardy-Weinberg equilibrium. Both genotype distribution and allele frequency differed significantly between climbers and controls (Fig. 1a; Pwas 0.02 and 0.003 respectively (² test)), with a relative excess of II genotype and deficiency of DD genotype found in the climbers.

Figure 1 Association of ACE alleles with performance.   Full legend   High resolution image and legend (32k)

Among the 15 climbers who had ascended beyond 8,000 m without oxygen, none was homozygous for D (6 II and 9 ID: I allele frequency = 0.65). Further, ranked by number of ascents above 8,000 m without oxygen, the top performer was homozygous for I (5 ascents, compared with a mean of 2.4 0.3 ascents, or 1.44 0.3), as were the top two in this group for number of additional 7,000-m ascents (> 100 and 18, compared with a mean of 10.3 6.5 ascents).

In a second study, ACE genotype was determined in 123 Caucasian males recruited to the UK army consecutively. Seventy-eight completed an identical 10-week general physical training programme (age, 19.0 0.2 years; height, 176.6 0.7 cm; body mass index, 22.2 0.2 kg m²). Their ACE genotype (20 (25.6%) II, 46 (59.0%) ID, 12 (15.4%) DD) matched that of those who failed training, as did their physical characteristics (neck, chest and waist circumference, elbow diameter and armspan), and all characteristics were independent of genotype.

The maximum duration (in seconds) for which they could perform repetitive elbow flexion while holding a 15-kg barbell was assessed both before and after the training period. Pre-training performance was independent of genotype (mean, 119.8 6.2 s). Duration of exercise improved significantly for those (66 individuals) of II and ID genotype (79.4 25.2 and 24.7 8.8 s: Pwas 0.005 and 0.007 respectively) but not for the 12 of DDgenotype (7.1 14.9 s: P= 0.642) (Fig 1b). Improvement was thus eleven-fold greater (P = 0.001) for those of II than for those of DD genotype.

Genotype-dependent improvements were unlikely to be due to changes in individual muscle fibre size and strength (which need more than three months of specific strength-training to occur) or altered co-ordination, neural firing pattern or recruitment of fast motor units (given the lack of specific training for the test task)^6-8. Increased performance is therefore most likely to be due to an improvement in the endurance characteristics of the tested muscles.

The association of the I allele with improved endurance might derive from variable increases in substrate delivery due to increases in cardiac output and muscle capillary density; from changes in the nature of substrate used, due to a differential shift to stored fatty acids as fuel⁹, or in the efficiency of substrate utilization relating to altered muscle fibre type; from altered mitochondrial density, or from raised muscle myoglobin content^10,11. Elevated catecholamine, cortisol and growth hormone concentrations may all increase the availability of oxidative fuel¹².

Further work will be needed to determine whether this correlation holds beyond the limited group studied here and to explore the mechanisms underlying these observations.

References

1.	Katz, A. M. Heart Disease and Stroke 1, 151-154 (1992). | PubMed |
2.	Danser, A. H.et al. Circulation 92, 1387-1388 (1995). | PubMed |
3.	Reneland, R. & Lithell, H. Scand. J. Clin. Lab. Invest. 54, 105-111 (1994). | PubMed |
4.	Montgomery, H. E.et al. Circulation 96, 741-747 (1997). | PubMed |
5.	Miller, G. J., Bauer, K. A., Barzegar, S., Cooper, J. A. & Rosenberg, R. D. Thromb. Haemost. 75, 767-771 (1996). | PubMed |
6.	Komi, P. V. in Biochemistry of Exercise VI (ed. Saltin, B.) 529-575 (Human Kinetics, Champaign, Illinois, 1986).
7.	Rutherford, O. M., Greig, C. A., Sargeant, A. J. & Jones, D. A. J. Sports Sci. 4, 101-107 (1986). | PubMed |
8.	Jones, D. A. & Rutherford, O. M. J. Physiol. 391, 1-11 (1987). | PubMed |
9.	Rennie, M. J., Winder, W. W. & Holloszy, O. Biochemistry 156, 647-655 (1976).
10.	Bloom, S. R., Johnson, R. H., Park, D. M., Rennie, M. J. & Salaiman, W. R. J. Physiol. 258, 1-18 (1976). | PubMed |
11.	Hudlicka, O. News Physiol. Sci. 3, 117-120 (1988).
12.	Wasserman, D. H. & Vranic, M. in Biochemistry of Exercise VI (ed. Saltin, B.) 167-179 (Human Kinetics, Champaign, Illinois, 1986).
13.	SAS Institute. SAS Users Guide (SAS Institute, Cary, North Carolina, 1985).

 

 

 

 

 

 

Nature 10 February 2000 /Nature 403, 614 (2000) © Macmillan Publishers Ltd./

Physiology: The ACE gene and muscle performance

Angiotensin-converting enzyme in human skeletal muscle¹ can be encoded by either of two variants of the ACE gene², one of which carries an insertion of 287 base pairs. This longer allele gives rise to lower enzyme activity², and is associated with enhanced endurance performance³ and an anabolic response to intense exercise training⁴. Here we examine training-related changes in the mechanical efficiency of human skeletal muscle (energy used per unit power output) and find that the presence of this ACE allele confers an enhanced mechanical efficiency in trained muscle.

Subjects and staff were blind to genotype during experimentation and data analysis; genotypes are represented as 'I' for the ACE allele carrying the 287-base-pair insertion, and 'D' for the allele that does not. Caucasian army recruits (58 men: 35 II and 23 DD) were studied before and after an 11-week programme of (primarily aerobic) physical training. Subjects pedalled on a bicycle ergometer at a constant 60 r.p.m. for 3 min at each of three successive external power outputs (40, 60 and 80 W). Steady-state oxygen uptake (VO₂ in ml min^-1) and the respiratory exchange ratio were measured and used to calculate the energy expended per minute at each stage.

The delta efficiency (percentage ratio of the change in work performed per min to the change in energy expended per min), which represents the efficiency of muscular contraction⁵, was calculated. We assessed changes in delta efficiency with training by using paired t-tests, and comparisons were made between genotype groups by independent t-test. Values of P<0.05 were considered statistically significant.

Before training, the delta efficiency was independent of genotype (24.5 and 24.9% respectively, P=0.59), but the response to training was strongly genotype-dependent, with delta efficiency rising significantly only among those of II genotype (absolute change of -0.26% for those of DD genotype (P>0.05) and 1.87% for those of II genotype (P<0.01): P<0.025 for II compared with DD; changes were independent of all pretraining characteristics (Fig. 1)). These differences represent a proportional increase in efficiency of 8.62% relative to baseline for those of II genotype and -0.39% for DD, which may have more biological impact than this value would suggest⁶.

Figure 1 Change in delta efficiency (means.e.m.) during training in subjects of ACE genotypes II (shaded) and DD (white).   Full legend   High resolution image and legend (9k)

We do not know how the II genotype helps to improve the mechanical efficiency of trained muscle, but it may be related to an increase in slow-twitch rather than fast-twitch muscle fibres, which are more efficient in slow contraction⁷. The lower ACE enzyme activity associated with the II genotype may also raise local concentrations of nitric oxide, which in turn may improve the efficiency of mitochondrial respiration and hence contractile function in both cardiac and skeletal muscle⁸. The number of mitochondrial uncoupling proteins in skeletal and cardiac muscle drops during endurance exercise training⁹, and this reduction might be ACE-genotype dependent.

Our results have implications beyond sporting activity. The mechanical and metabolic efficiency of skeletal muscle is increased in situations in which achieving more external work for less energy utilization might be advantageous (such as lactation¹⁰ and dietary-induced energy deficiency¹¹). Congestive heart failure, for example¹², interferes with the delivery of oxygen and metabolic substrates to the whole body, so improved skeletal muscle mechanical efficiency would be beneficial. During a heart attack, the limited blood supply to the myocardium means that there is a sudden drop in the uptake of metabolic substrates and oxygen, when enhanced cardiac muscle metabolic efficiency would be an advantage.

Such benefits could be associated with lower ACE activity, an idea that may partly explain the beneficial effects of ACE inhibitors on myocardial cell survival during ischaemia¹³ and on the survival of patients with cardiac dysfunction¹⁴.

A. G. WILLIAMS*, M. P. RAYSON*, M. JUBB†, M. WORLD†, D. R. WOODS‡, M. HAYWARD‡, J. MARTIN‡, S. E. HUMPHRIES‡ & H. E. MONTGOMERY‡
* Optimal Performance, 93–94 West Street, Farnham GU9 7EB, UK
† Royal Defence Medical College, HMS Dolphin, Hampshire PO12 2AB, UK
‡ British Heart Foundation, Centre for Cardiovascular Genetics, RFUCLMS, Rayne Institute, 5 University Street, London WC1E 6JJ, UK

e-mail: h.montgomery@ucl.ac.uk

References

1.	Dragovic, T. et al. Diabetes (suppl. 1) 34-37 (1996).
2.	Danser, A. H. et al. Circulation 92, 1387-1388 (1995). | PubMed | ISI |
3.	Montgomery, H. E. et al. Nature 393, 221-222 (1998). | Article | PubMed | ISI |
4.	Montgomery, H. et al. Lancet 353, 541-545 (1999). | Article | PubMed | ISI |
5.	Gaesser, G. A. & Brooks, G. A. J. Appl. Physiol. 38, 1132-1139 (1975). | PubMed | ISI |
6.	Conley, D. L. & Krahenbuhl, G. S. Med. Sci. Sports Exerc. 12, 357-360 (1980). | PubMed | ISI |
7.	Coyle, E. F., Sidossis, L. S., Horowitz, J. F. & Beltz, J. D. Med. Sci. Sports. Exerc. 24, 782-788 (1992). | PubMed | ISI |
8.	Zhao, G., Bernstein, R. D. & Hintze, T. H. Coron. Art. Dis. 10, 315-320 (1999). | ISI |
9.	Boss, O. et al. FASEB J. 12, 335-339 (1998). | PubMed | ISI |
10.	Spurr, G. B., Dufour, D. L. & Reina, J. C. Eur. J. Clin. Nutr. 52, 17-21 (1998). | Article | PubMed | ISI |
11.	Kulkarni, R. N. & Shetty, P. S. Ann. Hum. Biol. 19, 421-425 (1992). | PubMed | ISI |
12.	Kemp, G. J. et al. Heart 76, 35-41 (1996). | PubMed | ISI |
13.	Morris, S. D. & Yellon, D. M. J. Am. Coll. Cardiol. 29, 1599-1606 (1997). | Article | PubMed | ISI |
14.	AIRE Study Investigators Lancet 342, 821-828 (1993). | PubMed |
15.	Montgomery, H. E. et al. Circulation 96, 741-747 (1997). | PubMed | ISI |
16.	McArdle, W. D., Katch, F. I. & Katch, V. L. Exercise Physiology: Energy, Nutrition and Human Performance (Lea & Febiger, London, 1991).

J Appl Physiol 88: 551-559, 2000;
Vol. 88, Issue 2, 551-559, February 2000

 

 

ABSTRACTS:

Genomic scan for maximal oxygen uptake and its response to training in the HERITAGE Family Study^*

Claude Bouchard¹, Tuomo Rankinen¹, Yvon C. Chagnon², Treva Rice³, Louis Pérusse², Jacques Gagnon², Ingrid Borecki³, Ping An³, Arthur S. Leon⁴, James S. Skinner⁵, Jack H. Wilmore⁶, Michael Province³, and D. C. Rao^3,7

¹ Pennington Biomedical Research Center, Louisiana State University, Baton Rouge, Louisiana 70808-4124; ² Physical Activity Sciences Laboratory, Laval University, Québec, Canada G1K 7P4; ³ Division of Biostatistics and ⁷ Departments of Genetics and Psychiatry, Washington University Medical School, St. Louis, Missouri 63110; ⁴ School of Kinesiology and Leisure Studies, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota 55455; ⁵ Department of Kinesiology, Indiana University, Bloomington, Indiana 47405; and ⁶ Department of Health and Kinesiology, Texas A&M University, College Station, Texas 77843-4243

This study aimed to identify human genomic regions that are linked to maximal oxygen uptake (O_{2 max}) in sedentary individuals or to the responsiveness of O_{2 max} to a standardized endurance training program. The results of a genomic scan based on 289 polymorphic markers covering all 22 pairs of autosomes performed on the Caucasian families of the HERITAGE Family Study are presented. The mean spacing of the markers was 11 cM, and a total of 99 families and 415 pairs of siblings were available for the study. O_{2 max} in the sedentary state was adjusted for the effects of age, sex, body mass, fat mass, and fat-free mass, whereas the O_{2 max} response was adjusted for age and baseline level of the phenotype. Two analytic strategies were used: a single-point linkage procedure using all available pairs of siblings (SIBPAL) and a multipoint variance components approach using all the family data (SEGPATH). Results indicate that linkages at P values of 0.01 and better are observed with markers on 4q, 8q, 11p, and 14q for O_{2 max} before training and with markers on 1p, 2p, 4q, 6p, and 11p for the change in O_{2 max} in response to a 20-wk standardized endurance training program. These chromosomal regions harbor many genes that may qualify as candidate genes for these quantitative traits. They should be investigated in this and other cohorts.

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­

Physiol. Genomics 10: 57-62, 2002. First published June 5, 2002; 10.1152/physiolgenomics.00043.2002
Received 15 April 2002; accepted in final form 4 June 2002.
 
Genome-wide linkage scan for exercise stroke volume and cardiac output in the HERITAGE Family Study

Tuomo Rankinen¹; Ping An²; Louis Pérusse³; Treva Rice²; Yvon C. Chagnon³; Jacques Gagnon⁴; Arthur S. Leon⁵; James S. Skinner⁶; Jack H. Wilmore⁷; D. C. Rao^2,8 and Claude Bouchard¹

¹ Pennington Biomedical Research Center, Human Genomics Laboratory, Baton Rouge, Louisiana 70808
² Division of Biostatistics, Washington University School of Medicine, St. Louis 63110
³ Physical Activity Sciences Laboratory, Laval University, Ste-Foy G1K 7P4
⁴ Laboratory of Molecular Endocrinology, Laval University, Ste-Foy, Quebec, Canada G1V 4G2
⁵ School of Kinesiology and Leisure Studies, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota 55455
⁶ Department of Kinesiology, Indiana University, Bloomington, Indiana 46405
⁷ Department of Health and Kinesiology, Texas A & M University, College Station, Texas 77843-4243
⁸ Departments of Genetics and Psychiatry, Washington University School of Medicine, St. Louis, Missouri 63110-1093

 

J Appl Physiol 88: 346-351, January 2000

The Na⁺-K⁺-ATPase α2 gene and trainability of cardiorespiratory endurance: the HERITAGE Family Study

Tuomo Rankinen¹, Louis Pérusse², Ingrid Borecki³, Yvon C. Chagnon², Jacques Gagnon², Arthur S. Leon⁴, James S. Skinner⁵, Jack H. Wilmore⁶, D. C. Rao³, and Claude Bouchard¹

¹ Pennington Biomedical Research Center, Human Genomics Laboratory, Baton Rouge, Louisiana 70808-4124; ² Physical Activity Sciences Laboratory, Laval University, Ste-Foy G1K 7P4, Québec, Canada; ³ Division of Biostatistics and Departments of Genetics and Psychiatry, Washington University Medical School, St. Louis, Missouri 63110-1093; ⁴ School of Kinesiology and Leisure Studies, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota 55455; ⁵ Department of Kinesiology, Indiana University, Bloomington, Indiana 11001; and ⁶ Department of Health and Kinesiology, Texas A&M University, College Station, Texas 77843-4243

The Na⁺-K⁺-ATPase plays an important role in the maintenance of electrolyte balance in the working muscle and thus may contribute to endurance performance. This study aimed to investigate the associations between genetic variants at the Na⁺-K⁺-ATPase α2 locus and the response (Δ) of maximal oxygen consumption (VO_{2 max}) and maximal power output (W_max) to 20 wk of endurance training in 472 sedentary Caucasian subjects from 99 families. VO_{2 max} and W_max were measured during two maximal cycle ergometer exercise tests before and again after the training program, and restriction fragment length polymorphisms at the Na⁺-K⁺-ATPase α2 (exons 1 and 21-22 with Bgl II) gene were typed. Sibling-pair linkage analysis revealed marginal evidence for linkage between the α2 haplotype and ΔVO_{2 max} (P = 0.054) and stronger linkages between the α2 exon 21-22 marker (P = 0.005) and α2 haplotype (P = 0.003) and ΔW_max. In the whole cohort, ΔVO_{2 max} in the 3.3-kb homozygotes of the exon 1 marker (n = 5) was 41% lower than in the 8.0/3.3-kb heterozygotes (n = 87) and 48% lower than in the 8.0-kb homozygotes (n = 380; P = 0.018, adjusted for age, gender, baseline VO_{2 max}, and body weight). Among offspring, 10.5/10.5-kb homozygotes (n = 14) of the exon 21-22 marker showed a 571 ± 56 (SE) ml O₂/min increase in VO_{2 max}, whereas the increases in the 10.5/4.3-kb (n = 93) and 4.3/4.3-kb (n = 187) genotypes were 442 ± 22 and 410 ± 15 ml O₂/min, respectively (P = 0.017). These data suggest that genetic variation at the Na⁺-K⁺-ATPase α2 locus influences the trainability of VO_{2 max} in sedentary Caucasian subjects.

 

 

J Appl Physiol 93: 1000-1006, September 2002. First published May 10, 2002; 10.1152/japplphysiol.00254.2002

Major gene effects on exercise ventilatory threshold: the HERITAGE Family Study

Mary F. Feitosa¹, Steven E. Gaskill², Treva Rice¹, Tuomo Rankinen³, Claude Bouchard³, D. C. Rao^1,4, Jack H. Wilmore⁵, James S. Skinner⁶, and Arthur S. Leon⁷

¹ Division of Biostatistics, and ⁴ Departments of Genetics and Psychiatry, Washington University School of Medicine, Saint Louis, Missouri 63110; ² Department of Health and Human Performance, Human Performance Laboratory, University of Montana, Missoula, Montana 59812; ³ Pennington Biomedical Research Center, Louisiana State University, Baton Rouge, Louisiana 70808; ⁵ Department of Health and Kinesiology, Texas A&M University, College Station, Texas 77843; ⁶ Department of Kinesiology, Indiana University, Bloomington, Indiana 46405; ⁷ School of Kinesiology and Leisure Studies, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota 55455

This study investigates whether there are major gene effects on oxygen uptake at the ventilatory threshold (VO_2VT) and the VO_2VT maximal oxygen uptake (VT%VO_2 max), at baseline and in response to 20 wk of exercise training by using data on 336 whites and 160 blacks. Segregation analysis was performed on the residuals of VO_2VT and VT%VO_2 max. In whites, there was strong evidence of a major gene, with 3 and 2% of the sample in the upper distribution, that accounted for 52 and 43% of the variance in baseline VO_2VT and VT%VO_2 max, respectively. There were no genotype-specific covariate effects (sex, age, weight, fat mass, and fat-free mass). The segregation results were inconclusive for the training response in whites, and for the baseline and training response in blacks, probably due to insufficient power because of reduced sample sizes or smaller gene effect or both. The strength of the genetic evidence for VO_2VT and VT%VO_2 max suggests that these traits should be further investigated for potential relations with specific candidate genes, if they can be identified, and explored through a genome-wide scan.