体外胚胎生产是现代繁殖技术的核心组成部分，近年来，结合活体采卵，体外胚胎生产在世界范围内快速推广，成为家畜遗传改良和良种扩繁的重要手段。然而，由于体外培养体系的不完善，体外生产胚胎的质量远低于体内生产胚。建立高效的胚胎培养体系存在两方面的制约，一是对卵母细胞成熟和胚胎发育过程中代谢和代谢基因表达缺乏全面理解，二是传统的代谢分析方法无法适用于家畜卵母细胞和早期胚胎，需要大量的细胞样本。因此，利用微量技术鉴定关键代谢物并改良体外培养系统是家畜繁殖学领域的迫切需求。

中国科学院西北高原生物研究所动物生态与资源保护研究团队与四川农业大学动物科技学院团队合作，通过利用超灵敏微量代谢组学技术和单细胞转录组学技术，对绵羊卵母细胞体外成熟及早期胚胎体外发育的代谢特征进行了解析，发现：从GV期卵母细胞至2-细胞胚胎阶段整体代谢水平呈上升趋势，为促进卵母细胞成熟和合子发育提供了必要的代谢底物；而在2-细胞胚胎至8细胞胚胎阶段，整体代谢表现出安静状态，有助于减少氧化应激对细胞的损伤；在8-细胞胚胎至囊胚阶段，整体代谢水平又明显增加，为早期囊胚的形成、增殖分化以及表观修饰过程提供能量和所需的代谢底物。同时，鉴定出肉毒碱、甜菜碱和肌酸为该体外培养系统所缺失的关键代谢物。进一步研究发现，肉毒碱可促进绵羊卵母细胞脂肪酸氧化，并降低脂质含量和脂质过氧化水平，同时还可以调节纺锤体形态。而甜菜碱则具有调节绵羊早期胚胎发育过程中渗透压应激和甲基化修饰的作用。当联合肉毒碱与甜菜碱添加至体外培养体系时，显著提高了绵羊卵母细胞的囊胚发育率。该研究结果为提高卵母细胞成熟和胚胎培养提供了新的视角。

相关研究结果以?Integrated ultrasensitive metabolomics and single-cell transcriptomics identify crucial regulators of sheep oocyte maturation and early embryo development in vitro?为题，于9月2日在?Journal of Advanced Research（综合期刊1区Top，IF 11.4）在线发表。博士研究生潘波为论文第一作者，西北高原所杨其恩研究员和四川农业大学动物科技学院周光斌教授为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发项目（No.2021YFD1200403）和青海省重大科技专项（2021-NK-A5）等项目的资助与支持。

论文连接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090123224003813

论文摘要图：绵羊卵母细胞与早期胚胎的代谢特征及其体外发育关键代谢物的挖掘

论文代表图：A：关键代谢物肉毒碱与甜菜碱促进绵羊卵母细胞的孤雌发育潜力；B和F: 甜菜碱可挽救渗透应激的下绵羊胚胎的发育潜力；C、G和H: 肉毒碱可促进卵母细胞成熟和调控纺锤体形态；D、E、I和J：肉毒碱可降低卵母细胞内脂质含量和脂质过氧化水平。