体细胞重编程技术在干细胞生物学,疾病建模,治疗性克隆等方面具有巨大的潜力,但是影响体细胞重编程效率的障碍以及不同体细胞重编程技术之间的差异仍未被完全阐明。本研究以牛和小鼠的体细胞核移植（somatic cell nuclear transfer,SCNT）和诱导多能性干细胞（induced pluripotent stem cells,iPSC）的重编程过程为研究对象,通过单细胞转录组测序和整合公共数据库相关数据系统地研究了体细胞重编程过程中细胞命运转变过程和不同重编程技术之间的基因调控差异。首先,我们对牛体外受精（in vitro fertilization,IVF）胚胎,以及体细胞和iPSC细胞核为供体来源的核移植胚胎在植入前发育的各个阶段进行了取样和单细胞转录组测序。研究结果表明牛SCNT胚胎相较于IVF胚胎,在单细胞聚类,差异表达基因（differentially expressedgenes,DEGs）动态变化,以及发育阶段的标记基因等方面都具有很高的相似性。但是在SCNT胚胎的各个发育阶段仍发现了许多涉及代谢活动,表观修饰,细胞器活动等层面的基因异常表达。相较于IVF胚胎,SCNT胚胎中DEGs的表达模式缺乏严格的时序性调控,并且在8细胞阶段,SCNT胚胎还表现出包括ZSCAN4在内的一系列基因激活失败以及功能性蛋白关联网络的缺陷。此外,我们还发现iPSC核移植（iPSC nucleartransfer,iPSCNT）胚胎具有更多的异常表达基因并且表现出与IVF和SCNT胚胎截然不同的拟时间轨迹。KDM家族和包含DDX56,DNM2在内的基因簇沿着iPSCNT胚胎特异性的拟时间轨迹下调表达。这表明iPSC细胞核作为供体来源更不利于牛核移植胚胎的重编程。为了进一步揭示不同体细胞重编程技术之间的基因调控差异,我们整合了来自公共数据库小鼠SCNT和iPSC的单细胞转录组数据。细胞聚类结果表明植入前的SCNT胚胎可以按主要合子基因组激活（zygotic genome activation,ZGA）前后分为两个阶段,而从体细胞获得iPSC的过程可以分为前期,中期,和后期三个阶段。在主要ZGA后,SCNT胚胎建立起以Tbx20等转录因子（transcription factor,TF）为核心的更加复杂的基因调控网络并激活一系列下游功能通路。而在iPSC获得过程中,随着OSKM的撤除Kdm5b,Klf4,Nanog,Tdgf1等基因作为细胞命运决定的关键因子被激活,从而开启下游多能性分子网络,使细胞正确重编程为iPSC。我们发现在iPSC中发挥关键作用的Dppa2/4,Obox6,Sox2,Kdm5b等多能性和表观修饰因子也在SCNT胚胎的不同阶段激活,并协同调控促进SCNT胚胎的重编程。而除Dppa2/4以外的胚胎ZGA相关基因在iPSC重编程过程中似乎并不是必需的。本研究从单细胞聚类,基因的差异表达模式比较,标记基因识别,细胞命运决定调控机制,基因表达模式分析,TF调控网络挖掘等层面深入揭示了 SCNT胚胎异常的基因表达以及SCNT和iPSC重编程过程的基因调控差异。该研究结果可以为深入理解不同体细胞重编程技术和提高体细胞重编程效率提供一定的见解和帮助。