科研進展
動物生態(tài)與資源保護研究團隊合作鑒定出調控綿羊卵母細胞及早期胚胎發(fā)育的關鍵代謝物
體外胚胎生產是現(xiàn)代繁殖技術的核心組成部分，近年來，結合活體采卵，體外胚胎生產在世界范圍內快速推廣，成為家畜遺傳改良和良種擴繁的重要手段。然而，由于體外培養(yǎng)體系的不完善，體外生產胚胎的質量遠低于體內生產胚。建立高效的胚胎培養(yǎng)體系存在兩方面的制約，一是對卵母細胞成熟和胚胎發(fā)育過程中代謝和代謝基因表達缺乏全面理解，二是傳統(tǒng)的代謝分析方法無法適用于家畜卵母細胞和早期胚胎，需要大量的細胞樣本。因此，利用微量技術鑒定關鍵代謝物并改良體外培養(yǎng)系統(tǒng)是家畜繁殖學領域的迫切需求。
中國科學院西北高原生物研究所動物生態(tài)與資源保護研究團隊與四川農業(yè)大學動物科技學院團隊合作，通過利用超靈敏微量代謝組學技術和單細胞轉錄組學技術，對綿羊卵母細胞體外成熟及早期胚胎體外發(fā)育的代謝特征進行了解析，發(fā)現(xiàn)：從GV期卵母細胞至2－細胞胚胎階段整體代謝水平呈上升趨勢，為促進卵母細胞成熟和合子發(fā)育提供了必要的代謝底物；而在2－細胞胚胎至8細胞胚胎階段，整體代謝表現(xiàn)出安靜狀態(tài)，有助于減少氧化應激對細胞的損傷；在8－細胞胚胎至囊胚階段，整體代謝水平又明顯增加，為早期囊胚的形成、增殖分化以及表觀修飾過程提供能量和所需的代謝底物。同時，鑒定出肉毒堿、甜菜堿和肌酸為該體外培養(yǎng)系統(tǒng)所缺失的關鍵代謝物。進一步研究發(fā)現(xiàn)，肉毒堿可促進綿羊卵母細胞脂肪酸氧化，并降低脂質含量和脂質過氧化水平，同時還可以調節(jié)紡錘體形態(tài)。而甜菜堿則具有調節(jié)綿羊早期胚胎發(fā)育過程中滲透壓應激和甲基化修飾的作用。當聯(lián)合肉毒堿與甜菜堿添加至體外培養(yǎng)體系時，顯著提高了綿羊卵母細胞的囊胚發(fā)育率。該研究結果為提高卵母細胞成熟和胚胎培養(yǎng)提供了新的視角。
相關研究結果以?Integrated ultrasensitive metabolomics and single－cell transcriptomics identify crucial regulators of sheep oocyte maturation and early embryo development in vitro?為題，于9月2日在?Journal of Advanced Research（綜合期刊1區(qū)Top，IF 11.4）在線發(fā)表。博士研究生潘波為論文第一作者，西北高原所楊其恩研究員和四川農業(yè)大學動物科技學院周光斌教授為共同通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)項目（No．2021YFD1200403）和青海省重大科技專項（2021－NK－A5）等項目的資助與支持。
論文連接：https：／／www．sciencedirect．com／science／article／pii／S2090123224003813
論文摘要圖：綿羊卵母細胞與早期胚胎的代謝特征及其體外發(fā)育關鍵代謝物的挖掘
論文代表圖：A：關鍵代謝物肉毒堿與甜菜堿促進綿羊卵母細胞的孤雌發(fā)育潛力；B和F： 甜菜堿可挽救滲透應激的下綿羊胚胎的發(fā)育潛力；C、G和H： 肉毒堿可促進卵母細胞成熟和調控紡錘體形態(tài)；D、E、I和J：肉毒堿可降低卵母細胞內脂質含量和脂質過氧化水平。
