反刍动物早期胚胎发育的显著特征是胚胎在附植前会发生快速的孕囊延伸（Conceptus Elongation）过程（最长可达20厘米）。这种发育策略可以增加滋养层与子宫内膜的接触面积，弥补胚胎侵入程度的不足。胚胎在此期间经历复杂的细胞命运转变，并分泌干扰素τ（Interferon tau）等多种因子启动妊娠识别和母胎对话。附植失败是早期妊娠丢失的最主要原因之一，反刍动物约70%的胚胎丢失发生在附植前后。因此，解析动物胚胎孕囊延伸和子宫接受态的分子调控，对探究动物胚胎发育和研发动物高效繁殖技术具有重要意义。中国科学院西北高原生物研究所联合生物物理研究所等，以绵羊为模型，构建了孕囊延伸与附植四个关键时期胚胎、胚外组织与子宫内膜组织的单细胞转录组学图谱，系统性梳理了自囊胚孵化至胚胎附着阶段胚胎与胚外组织细胞的快速分化过程，并阐述了子宫内膜不同类型细胞的基因表达水平与分子响应机制。基于该表达图谱，该团队解析了孕囊延伸这一特殊生命事件的启动与维持过程。研究发现，在孵化后囊胚中，极化滋养层细胞的快速增殖首先驱动了孕囊延伸的启动与干扰素τ等关键因子的释放。随后，壁层滋养层快速分化为细胞滋养层、合胞体滋养层与绒毛外滋养层，实现了胚外组织结构与不同代谢功能的建立。同时，内胚层谱系细胞参与胚外组织的扩张过程，形成包括卵黄囊、尿囊等在内的诸多结构。同时，子宫内膜细胞在胚胎的刺激下逐步发生响应性变化。腔上皮细胞免疫功能逐渐下降，发育调控与营养运输功能提升，同时最先实现了与胚胎的接触。在胚胎附着完成前，腺上皮细胞加速实现了纤毛化进程，免疫细胞也实现了细胞类型的重构，为延伸后胚胎的成功附植提供了必要条件。研究通过对胚胎附植期间母胎界面细胞基因表达与分子互作的全面解析，挖掘了一系列参与胚外组织与子宫内膜间细胞互作的关键调控因子，为揭示哺乳动物胚胎发育与母体妊娠识别间的协作关系提供了重要的分子数据集，并为妊娠初期家畜繁殖管理策略的制定与早期妊娠失败预防性药物的研发提供了全新的研究线索。7月25日，相关研究成果以Single-cell transcriptomic characterization of sheep conceptus elongation and implantation为题，发表在《细胞报告》（Cell Reports）上。研究工作得到中国科学院生态草牧业先导专项、国家重点研发计划、青海省重大科技专项、中国科学院青年创新促进会和青海省“高端创新创业人才”拔尖人才的支持。论文链接论文模式图：绵羊早期胚胎孕囊延伸与附植过程中的细胞命运转换与基因表达动态