反芻動(dòng)物早期胚胎發(fā)育的顯著特征是胚胎在附植前會(huì)發(fā)生快速的孕囊延伸（Conceptus Elongation）過程，最長可達(dá)20厘米。這種發(fā)育策略可以增加滋養(yǎng)層與子宮內(nèi)膜的接觸面積，彌補(bǔ)胚胎侵入程度的不足。胚胎在此期間經(jīng)歷復(fù)雜的細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變，并分泌干擾素τ（Interferon tau）等多種因子啟動(dòng)妊娠識(shí)別和母胎對話。附植失敗是早期妊娠丟失的最主要原因之一，反芻動(dòng)物約70%的胚胎丟失發(fā)生在附植前后。因此，解析動(dòng)物胚胎孕囊延伸和子宮接受態(tài)的分子調(diào)控，對深入理解動(dòng)物胚胎發(fā)育和研發(fā)動(dòng)物高效繁殖技術(shù)均具有重要的意義。

　　中國科學(xué)院西北高原生物研究所聯(lián)合中國科學(xué)院生物物理研究所等單位，以綿羊?yàn)槟Ｐ?，?gòu)建了孕囊延伸與附植四個(gè)關(guān)鍵時(shí)期胚胎、胚外組織與子宮內(nèi)膜組織的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)圖譜，系統(tǒng)性梳理了自囊胚孵化至胚胎附著階段胚胎與胚外組織細(xì)胞的快速分化過程，同時(shí)詳細(xì)闡述了子宮內(nèi)膜不同類型細(xì)胞的基因表達(dá)水平與分子響應(yīng)機(jī)制。基于該表達(dá)圖譜，研究團(tuán)隊(duì)深入解析了孕囊延伸這一特殊生命事件的啟動(dòng)與維持過程。發(fā)現(xiàn)在孵化后囊胚中，極化滋養(yǎng)層細(xì)胞的快速增殖首先驅(qū)動(dòng)了孕囊延伸的啟動(dòng)與干擾素τ等關(guān)鍵因子的釋放。隨后壁層滋養(yǎng)層快速分化為細(xì)胞滋養(yǎng)層、合胞體滋養(yǎng)層與絨毛外滋養(yǎng)層，實(shí)現(xiàn)了胚外組織結(jié)構(gòu)與不同代謝功能的建立。同時(shí)，內(nèi)胚層譜系細(xì)胞也參與了胚外組織的擴(kuò)張過程，形成包括卵黃囊、尿囊等在內(nèi)的諸多結(jié)構(gòu)。

　　同時(shí)，子宮內(nèi)膜細(xì)胞也在胚胎的刺激下逐步發(fā)生響應(yīng)性變化。腔上皮細(xì)胞免疫功能逐漸下降，發(fā)育調(diào)控與營養(yǎng)運(yùn)輸功能提升，同時(shí)最先實(shí)現(xiàn)了與胚胎的接觸。在胚胎附著完成前，腺上皮細(xì)胞加速實(shí)現(xiàn)了纖毛化進(jìn)程，免疫細(xì)胞也實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞類型的重構(gòu)，為延伸后胚胎的成功附植提供了必要條件。通過對胚胎附植期間母胎界面細(xì)胞基因表達(dá)與分子互作的全面解析，挖掘了一系列參與胚外組織與子宮內(nèi)膜間細(xì)胞互作的關(guān)鍵調(diào)控因子，為深入揭示哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育與母體妊娠識(shí)別間的協(xié)作關(guān)系提供了重要的分子數(shù)據(jù)集，也為妊娠初期家畜繁殖管理策略的制定與早期妊娠失敗預(yù)防性藥物的研發(fā)提供了全新的研究線索。

　　研究結(jié)果以 Single-cell transcriptomic characterization of sheep conceptus elongation and implantation 為題，于7月25日在國際期刊 Cell Reports 正式發(fā)表。西北高原所副研究員賈功雪為論文第一作者，生物物理所研究員馬文姬為共同第一作者，西北高原所研究員楊其恩與生物物理所研究員王曉群為論文通訊作者。該工作得到了中國科學(xué)院生態(tài)草牧業(yè)先導(dǎo)專項(xiàng)（XDA26040302）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFD1200405）和青海省重大科技專項(xiàng)（2021-NK-A5）等項(xiàng)目的支持。賈功雪獲得了中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（2021432）和青海省昆侖英才等人才計(jì)劃的資助。

　　論文連接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)00871-9

論文模式圖：綿羊早期胚胎孕囊延伸與附植過程中的細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)換與基因表達(dá)動(dòng)態(tài)