近日，中国农业大学生物学院韩建永教授课题组，在率先突破猪稳定胚胎干细胞建系基础上（ Cell Research , 2022），进一步解析物种间胚胎发育分化调控机制的差异，聚焦牛胚胎发育多能性变化特征，成功建立了牛胚胎外胚层干细胞（bEpiSCs）。相关成果发表在 Cellular and Molecular Life Sciences  杂志上。

牛作为重要的家畜动物，可以为人类提供牛奶和肉类等产品，并且可作为生产有价值蛋白质的乳腺生物反应器。由于缺乏稳定的胚胎干细胞，加上牛繁育周期较长，相关育种研究进展缓慢，急需阐明牛胚胎发育和多能性维持的分子机制，建立多能性状态明确、传代稳定、可进行遗传操作的牛胚胎干细胞系。

本研究选择了牛胚胎发育的六个关键阶段（E5, E6, E7, E10, E12, 和 E14），利用改进的单细胞转录组测序技术（STRT-seq），追踪多能性的变化以及对不同信号通路的依赖性。研究发现，牛和猪在胚胎系发育过程中的基因表达模式具有相似性，这有助于使用3i/LAF（WNTi, GSK3βi, SRCi, LIF, Activin A, 和 FGF2）培养系统成功建立牛胚胎外胚层干细胞（bEpiSCs）。这些bEpiSCs展示了一致的多能性基因表达模式，维持了克隆形态、正常的核型和体外培养超过112代的增殖能力。此外，这些细胞还展示了高效的畸胎瘤形成能力以及分化为不同胚层的能力。研究还评估了bEpiSCs在肌源性分化、原始生殖细胞样细胞（PGCLCs）诱导以及作为细胞核移植的供体细胞的潜力，显示了它们在推进细胞培养肉生产、基因编辑和动物育种方面的应用前景。

这项研究为农业生物技术领域提供了一种新的种子细胞，具有多方面价值和意义：

1. 基因编辑和动物育种：bEpiSCs可以作为基因编辑的载体细胞，用于产生具有特定遗传改良的奶牛或肉牛，推动养牛业的发展。

2. 细胞培养肉生产：bEpiSCs的建立为细胞培养肉的生产提供了新的种子细胞来源，作为可持续发展和环保肉类，对传统畜牧业具有良好补充作用。

3. 基础研究：这项研究增进了我们对牛胚胎发育和多能性调控机制的理解，为未来的基础研究提供了重要的数据和资源。

综上所述，本研究不仅在技术上取得了突破，而且在推动农业生物技术和动物育种等领域的应用上具有重要的意义。

中国农业大学博士后郅明雷、生物学院已毕业博士生高登峰为本论文共同第一作者，博士研究生姚艺璇、赵子墨、王英杰等同学为本研究做出了重要贡献。生物学院韩建永教授、北京奶牛中心麻柱研究员和石家庄天泉良种奶牛有限公司余文莉研究员为本论文共同通讯作者。

相关工作得到科技创新2030育种项目、中国博士后创新人才支持计划资助项目、河北省科技计划“揭榜挂帅”项目等资助。

原文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s00018-024-05457-z