體外胚胎生產(chǎn)是現(xiàn)代繁殖技術(shù)的核心組成部分。近年來，結(jié)合活體采卵，體外胚胎生產(chǎn)快速推廣，成為家畜遺傳改良和良種擴(kuò)繁的重要手段之一。然而，體外培養(yǎng)體系不完善，因而體外生產(chǎn)胚胎的質(zhì)量低于體內(nèi)生產(chǎn)胚。有研究發(fā)現(xiàn)，建立高效的胚胎培養(yǎng)體系存在兩個(gè)制約因素。一是關(guān)于卵母細(xì)胞成熟和胚胎發(fā)育過程中代謝和代謝基因表達(dá)缺乏研究，二是傳統(tǒng)的代謝分析方法無法適用于家畜卵母細(xì)胞和早期胚胎，需要大量的細(xì)胞樣本。因此，利用微量技術(shù)鑒定關(guān)鍵代謝物并改良體外培養(yǎng)系統(tǒng)是家畜繁殖學(xué)領(lǐng)域的迫切需求。中國科學(xué)院西北高原生物研究所動(dòng)物生態(tài)與資源保護(hù)研究團(tuán)隊(duì)與四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)合作，利用超靈敏微量代謝組學(xué)技術(shù)和單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)，解析綿羊卵母細(xì)胞體外成熟及早期胚胎體外發(fā)育的代謝特征。研究發(fā)現(xiàn)，GV期卵母細(xì)胞至2-細(xì)胞胚胎階段的整體代謝水平呈上升趨勢，為促進(jìn)卵母細(xì)胞成熟和合子發(fā)育提供了必要的代謝底物；而在2-細(xì)胞胚胎至8細(xì)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(yīng)激對(duì)細(xì)胞的損傷；在8-細(xì)胞胚胎至囊胚階段，整體代謝水平提升，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。進(jìn)一步，該研究鑒定出肉毒堿、甜菜堿和肌酸為體外培養(yǎng)系統(tǒng)所缺失的關(guān)鍵代謝物。研究發(fā)現(xiàn)，肉毒堿可促進(jìn)綿羊卵母細(xì)胞脂肪酸氧化，降低脂質(zhì)含量和脂質(zhì)過氧化水平，調(diào)節(jié)紡錘體形態(tài)。而甜菜堿則具有調(diào)節(jié)綿羊早期胚胎發(fā)育過程中滲透壓應(yīng)激和甲基化修飾的作用。研究顯示，當(dāng)聯(lián)合肉毒堿與甜菜堿添加至體外培養(yǎng)體系時(shí)，可以提高綿羊卵母細(xì)胞的囊胚發(fā)育率。上述成果為提高卵母細(xì)胞成熟和胚胎培養(yǎng)提供了新視角。9月2日，相關(guān)研究成果以Integrated ultrasensitive metabolomics and single-cell transcriptomics identify crucial regulators of sheep oocyte maturation and early embryo development in vitro為題，在線發(fā)表在Journal of Advanced Research上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和青海省重大科技專項(xiàng)等的支持。論文鏈接