哺乳动物卵母细胞及胚胎发育调控过程精细而复杂,胚胎发育至启动合子激活(ZGA)时期,代表胚胎由母源表达转向胚胎个体表达水平。许多对胚胎至关重要的基因会随着发育而逐渐激活。由于胚胎发育中细胞快速分裂,需要消耗大量的能量,能源储备和应用的稳态调节在胚胎发育中至关重要。作为早期胚胎能量来源的卵母细胞,靠卵泡颗粒细胞糖酵解产生的丙酮酸和乳酸提供能量,而合子激活后的胚胎中脂代谢逐步活跃,成为后期胚胎发育的重要能源物质。然而胚胎如何调控脂质的生成和代谢还有待进一步的研究。胚胎发育多个阶段的转录本分析结果表明,硬脂酰辅酶A去饱和酶1(Scd1)基因在胚胎发育中具有重要的作用。该基因是负责将饱和脂肪酸转化为单不饱和脂肪酸的关键酶,通过催化硬脂酸和棕榈酸转化为油酸和棕榈油酸,从而提供胚胎发育所需的能量。本研究利用CRISPR/Cas9技术构建了Scd1基因敲除小鼠,探究了Scd1缺失对胚胎发育的影响,并对4个关键的胚胎发育阶段进行了单胚胎测序。通过生物信息学分析,揭示了Scd1基因在胚胎发育调控中的机理,验证了下游关键的RPs-Mdm2-P53通路,并深入论证了Scd1在urinary infection胚胎发育中的重要作用。此外,本研究还发现Scd1基因参与调控小鼠卵巢发育及泌乳等繁殖性能。进一步构建SCD1敲除奶山羊,再次证实了SCD1在胚胎发育和泌乳性能调控中的作用,为大型经济动物的繁殖和育种提供了有前途的分子靶标。主要结果如下:1.Scd1调节胚胎发育和脂质积累。分析数据集GSE1749和GSE18290发现Scd1基因在小鼠胚胎卵裂期和囊胚期表达量显著升高(p<0.05),其参与胚胎发育调控的关键生物学事件。利用CRISPR/Cas9技术构建了Scd1基因敲除小鼠,选取Scd1第一外显子缺失123bp,第二外显子插入1bp的基因型小鼠进行纯合繁育,并采集受精卵进行体外培养,敲除Scd1囊胚率较对照组60.84%相比下降到46.58%,有28.2%的胚胎发育停滞在4细胞到桑椹胚时期。此外,敲除Scd1基因的胚胎中脂质积累显著减少(p<0.05),且该现象可在Scd1基因过表达后得到有效逆转(p<0.05)。2.Scd1缺失激活P53通路,抑制囊胚ICM形成。收集胚胎发育中的4个关键时期胚胎进行单胚胎转录组测序,Scd1基因随胚胎发育表达量增加,基因敲除导致核糖体蛋白(Ribosomal proteins,RPs)基因表达量的下降(p<0.05),E3泛素连接酶小鼠双微体2(murine double minute2,Mdm2)基因表达量上升(p<0.05),核糖体生物合成过程从2细胞期开始受到抑制,引起的“核糖体胁迫”介导RPs-Mdm2-P53信号通路在囊胚期特异性激活。在小鼠胚胎体外培养过程中抑制P53通路抑可以提高对照和敲除Scd1胚胎的卵裂和囊胚发育率(p<0.05)。而激活P53通路则抑制胚胎卵裂和囊胚发育率(p<0.05)。此外,Scd1敲除胚胎中活性氧以及γH2AX的表达量都显著升高(p<0.05)。细胞周期阻滞及复制后修饰相关基因表达量升高(p<0.05)。进一步研究发现,Scd1敲除介导的P53通路激活导致胚胎内细胞团(ICM)形成障碍。3.Scd1缺失抑制小鼠卵巢发育及泌乳性能。采集第6.5天胚胎(E6.5),12.5天胚胎(E12.5)以及第18.5天胚胎(E18.5)进行观察发现,Scd1缺失小鼠胚胎发育滞后,且多数胚胎在发育过程中被子宫吸收。E18.5的胚胎卵巢中卵母细胞发育缓慢,2月龄和6月龄卵巢中卵泡数量显著下降。收集Scd1~(-/-)雌性小鼠卵母细胞进行体外培养,卵母细胞成熟过程中脂滴含量下降,纺锤体迁移失败比例(13.25%)较对照组(4.0%)显著升高(p<0.05),导致第一极体排出率显著下降(p<0.05)。此外,本研究还揭示了Scd1敲除通过降低单不饱和脂肪酸(MUFA)比例,升高饱和脂肪酸(SFA)比例,进而影响小鼠卵巢发育及泌乳等繁殖性能。4.SCD1敲低影响奶山羊胚胎发育及乳脂含量。设计低浓度sg RNA/Cas9(10ngμL~(-1)/20ngμL~(-1))和高浓度sg RNA/Cas9(25ngμL~(-1)/50ngμL~(-1))组显微注射奶山羊受精卵,胚胎移植后发现高浓度注射组的SCD1基因敲除效率(45.0%)显著高于低浓度注射R428分子式组(6.0%)。且高浓度组的产羔率(61.0%)显著低于低浓度组(75.0%)(p<0.05)。与野生型胚胎相比,SCD1敲低后的卵裂率和囊胚率显著降低(p<0.05),透射电镜观察到SCD1基因敲低奶山羊胚胎中线粒体数量增多。此外,SCD1敲低导致羊奶中乳脂含量下降,C16:1和C18:1的去饱和指数显著降低(p<0.05)。因此,SCD1基因通过脂代谢途径调节奶山羊胚胎发育及泌乳成分。综上所述,本研究发现Scd1基因在小鼠和奶山羊胚胎发育中具有重要作用,探究了其调节胚胎内核糖体生CL13900纯度成、脂滴形成、氧化应激及胚胎损伤的分子机制,揭示了P53信号通路在胚胎发育中的调控功能。此外,Scd1还通过影响脂肪酸代谢途径对卵巢发育及泌乳性能产生重要影响。因此,Scd1基因是调控卵母细胞生长、胚胎发育及泌乳过程中的重要脂质调节因子,能够维持哺乳动物健康繁殖,为经济动物育种提供了潜在的靶标分子。