编辑推荐：
为探究牛胚胎在伸长起始阶段对母体环境的性别二态性基因表达响应，研究人员以泌乳奶牛和未泌乳初产母牛体内发育的胚胎为研究对象。结果发现不同母体环境下胚胎的基因表达存在差异，这为理解胚胎发育机制提供了重要依据。
在动物胚胎发育的奇妙世界里，雄性和雌性胚胎就像两条既相互关联又各自独立的轨道，沿着不同的路径发展。在牛的胚胎发育过程中，早期就出现了雄性和雌性胚胎在发育动力学以及对环境条件敏感性上的差异。例如，早在第 7 天的胚胎中，就能观察到葡萄糖代谢的性别特异性差异 ，补充葡萄糖会让雄性桑椹胚比雌性更快地进入更高级的发育阶段。而在体外培养时，氧化环境对雌性囊胚的影响更为明显，会减少细胞数量并增加凋亡细胞。这些现象背后的原因是什么呢？这引发了科研人员的深入思考。
此前的研究虽然发现了一些与胚胎性别差异相关的基因，比如葡萄糖 - 6 - 磷酸脱氢酶（G6PDH）和 X 失活特异性转录本（Xist）等在雌性囊胚中的表达变化，但对于牛胚胎在伸长起始阶段（妊娠第 13 天左右）的性别二态性基因表达模式，以及母体环境对这些基因表达的影响，我们知之甚少。此外，胚胎在不同母体环境下的基因表达差异，是否会影响胚胎的存活率和发育质量，也是亟待解决的问题。为了揭开这些谜团，来自德国波恩大学等机构的研究人员开展了一项极具意义的研究，其成果发表在《BMC Genomics》杂志上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，通过体外生产（IVP）技术获得雄性和雌性胚胎，将第 2 天的胚胎移植到发情同步化的泌乳荷斯坦奶牛和未泌乳初产母牛体内，在第 13 天回收胚胎 。然后，利用 AllPrep DNA/RNA/miRNA universal kit 提取胚胎的总 RNA，并进行 RNA 测序（RNA-seq）。最后，借助生物信息学工具，如 Seqmonk、edgeR 和 g:profiler 等，对基因表达数据进行分析，鉴定差异表达基因并进行功能富集分析。
下面来看具体的研究结果：
- 基因表达情况：研究人员对回收的胚胎进行基因表达分析，发现不同组胚胎的恢复率有所不同，排除退化胚胎后，CM、CF、HM 和 HF 组的恢复率分别为 42.5%、15.0%、28.0% 和 26.7% 。在基因检测分析中，多个基因在所有胚胎组中都有较高的读数，这些基因参与了 ATP 合成偶联电子传递、氧化磷酸化、定位建立和跨膜运输等生物学过程。
- 性别二态性基因表达模式
- 奶牛体内胚胎：比较奶牛体内发育的雄性（CM）和雌性（CF）胚胎的转录组，发现有 197 个基因差异表达。其中，参与原肠胚形成、类固醇生物合成和代谢等过程的基因在两组间表现出不同的表达水平。进一步分析发现，有 159 个基因仅在 CM 和 CF 之间差异表达，这些基因涉及类固醇生物合成、代谢、原肠胚形成等功能，且 31.2% 的差异表达基因位于 X 染色体上，96% 位于 X 染色体上的差异表达基因在雌性胚胎中上调。
- 母牛体内胚胎：分析母牛体内发育的雄性（HM）和雌性（HF）胚胎的基因表达，发现 115 个基因在 HM 中上调，177 个基因在 HM 中下调。这些差异表达基因参与了组织发育、系统发育、雌性性别分化、胎盘发育等过程。有 254 个基因仅在 HM 和 HF 之间差异表达，涉及雌性性别分化、胎盘发育、跨膜运输等功能，17.3% 的差异表达基因位于 X 染色体上，75% 位于 X 染色体上的差异表达基因在雌性胚胎中上调。
- 不受母体环境影响的基因：通过筛选在奶牛和母牛胚胎中都表现出性别二态性表达的基因，研究人员发现只有 38 个基因符合条件。这些基因可能代表了一组高度保守的性别二态性基因，其表达受胚胎性别而非母体环境的影响，其中 16 个位于 X 染色体上的基因在雌性胚胎中上调。
综合研究结论和讨论部分，这项研究具有重要意义。研究表明，妊娠第 13 天牛胚胎的性别二态性基因表达受母体环境的影响较大。在奶牛体内发育的胚胎，其性别二态性基因表达主要涉及类固醇生物合成和原肠胚形成等过程；而在母牛体内发育的胚胎，相关基因表达则与雌性性别分化、胎盘发育和跨膜运输等密切相关 。此外，研究还发现 X 染色体失活在胚胎伸长起始阶段可能尚未完全完成，且可能因发育环境的不同而有所差异。这些发现为我们深入理解牛胚胎发育过程中的性别二态性现象提供了新的视角，有助于进一步揭示胚胎发育的遗传机制，对提高奶牛繁殖效率、优化畜牧生产具有潜在的应用价值。同时，也为后续研究胚胎发育与环境因素的相互作用奠定了基础，有望推动相关领域的进一步发展。
