CRISPR/Cas9系统介导的基因组定点修饰技术,已广泛应用于畜禽功能基因筛选与基因编辑育种等领域,经过突变与改造的Cas9变体与野生型相比具有低脱靶和拓宽PAM位点等优势。CRISPR/Cas9系统应用成功的先决条件是设计高效特异sg RNA。目前缺乏针对Cas9及其变体的sg RNA活性准确预测的算法,因而亟需开发一种能解析Cas9及其变体的sg RNA且具有高预测准确性的新算法。针对上述的问题,本研究收集了Sp Cas9与8种Cas9变体包含有e Sp Cas9（1.1）、Hypa Cas9、evo Cas9、Sp Cas9-VRQR、Sniper-Cas9、Sp Cas9-HF1、Sp Cas9-NG和x Cas9的sg RNA活性数据集,利用Lightgbm和注意力机制两种算法解析了针对Cas9及其变体的sg RNA序列特征与碱基组成的活性规律。由此研发了一个针对Cas9及其变体的sg RNA活性预测新算法（sg Rscore）,并开发了一款适用于Cas9及其变体的sg RNA活性预测与脱靶评估的新软件（sg RNAcas9-AI）,可广泛用于哺乳动物中设计sg RNA。主要研究结果如下:（1）利用sg RNA活性数据集,比较了标签编码（label编码）、独热编码（one-hot编码）和双核苷酸编码（two编码）这3种序列编码方式,增加靶标侧翼序列使sg RNA序列长度达20、22、24、26、28和30nt这6种情况下,在多层感知机算法（MLP）上sg RNA活性预测的准确性,发现靶标侧翼序列在Sp Cas9、x Cas9以及Sp Cas9-NG在3个变体中预测准确率平均提升了20%。（2）通过比较全连接神经网络（FNN）、卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）、门控单元神经网络（GRU）以及长短期记忆网络（LSTM）这5种不同的神经网络在Cas9及其变体sg RNA活性数据集上的预测准确性,发现LSTM算法相比其他神经网络在数据集上有最高的sg RNA活性预测准确性。（3）使用Lightgbm算法提取序列的特征重要性对Cas9及变体的sg RNA不同位置碱基组成对活性预测影响进行评估,发现evo Cas9、Hyapa Cas9、Sniper-Cas9和x Cas9等4个Cas9变体,其sg RNA序列对sg RNA活性影响的碱基组成在各个位置分布均匀;而Sp Cas9、e Sp Cas9（1.1）和Sp Cas9-HF1 3个变体sg RNA序列对sg RNA活性影响的不同位置碱基组成规律相似性高,其他变体sg RNA序列对sg RNA活性影响的不同位置碱基组成有较大差异。（4）利用sg RNA活性数据集,构建了一个基于注意力机制的深度学习算法,通过提取训练模型中注意力权重系数来评估sg RNA序列对sg RNA活性的位置依赖型核苷酸偏好,发现sg RNA序列中碱基T会降低Sniper-Cas9的sg RNA活性,而sg RNA序列中碱基C会降低Sp Cas9-VRQR的sg RNA活性;进一步在基于注意力机制的算法中叠加LSTM算法,提取模型中的二阶偏好矩阵后发现,sg RNA活性受到sg RNA序列相邻碱基互作的影响。（5）基于Cas9及其变体sg RNA活性位置依赖型核苷酸偏好规律,开发了sg RNA活性预测新算法sg Rscore,与有代表性的6种sg RNA活性预测算法Deep Cas9、Deep Sp Cas9、Deep Sp Cas9variants、CNN-SVR、C＿RNNCrispr和Deep HF进行比较,发现sg Rscore算法在sg RNA活性数据集以及Chuai2018独立数据集上有更高的预测准确性。（6）进一步开发了能适用Cas9及变体变体的sg RNA设计需求的新软件sg RNAcas9-AI,与CRISPRpick、CHOPCHOP、E-CRISP和CRISPOR这4个代表性的软件比较,发现sg RNAcas9-AI软件在Kim2020-NBE-lenti293T数据集上有更高的预测准确性。与CRISPRseek、cas-offinder以及off-spotter这3个sg RNA脱靶评估软件相比,sg RNAcas9-AI软件具有更快的脱靶计算速度。通过实验鉴定发现,sg RNAcas9-AI软件对sg RNA活性预测值与基于实验检测的sg RNA活性呈正相关（0.77）,表明sg RNAcas9-AI软件预测sg RNA的活性准确性较高。总之,本研究基于Cas9及其变体sg RNA活性数据集,通过深度学习方法阐明了Cas9变体的sg RNA序列对其活性的位置依赖性核苷酸偏好规律,开发了针对Cas9及其变体sg RNA活性预测算法,进而研发了能适用于Cas9及变体的sg RNA设计的新软件,为利用Cas9及变其异体开展猪的功能基因研究和基因编辑育种提供了新工具。