近几十年来,奶牛单产水平不断提高,而繁殖力却在不断下降。高度选育在提高奶牛单产水平的同时,也使得群体近交程度不断增加。随着奶牛群体近交程度的增加,奶牛个体中隐性有害基因纯合概率增加,遗传缺陷疾病的发病风险也随之增加。在牛育种中大量使用有限数量的种公牛导致隐性遗传疾病的迅速传播。在种公牛系谱常见的遗传缺陷中,有多种碱基突变导致的致病突变。这些遗传缺陷导致牛胚胎死亡、母牛流产或犊牛畸形,每年给行业带来巨大的经济损失。碱基编辑器由CRISPR/Cas9基因编辑系统衍生而来,能够在不产生DNA双链断裂、不需要同源模板以及不依赖同源定向修复机制的情况下实现碱基的精准定向编辑。将不能产生DNA双链断裂的Cas9切刻酶或催化失活Cas9蛋白与某种单链DNA脱氨酶以及控制细胞修复机制的蛋白融合在一起,这是目前常见的碱基编辑器构成策略。目前常见的碱基编辑器分为胞嘧啶碱基编辑器和腺嘌呤碱基编辑器两大类,胞嘧啶碱基编辑器能够使C:G碱基对通过胞嘧啶脱氨反应和细胞修复过程被定向编辑为T:A碱基对,而腺嘌呤碱基编辑器能够使A:T碱基对通过腺嘌呤脱氨反应和细胞修复过程被定向编辑为G:C碱基对。在本项研究中,我们通过体外培养和体外受精的方式获得牛受精卵,然后通过显微注射的方法利用胞嘧啶碱基编辑器BE3和腺嘌呤碱基编辑器ABE7.10首次在牛胚胎中实现了高效的基因编辑,证实了利用碱基编辑器在牛胚胎中直接进行基因编辑的可行性。同时,我们还利用靶向二代测序的方法探究了利用BE3系统和ABE7.10系统在牛胚胎中进行碱基编辑时的脱靶情况。研究结果表明,在靶位点附近有脱靶现象存在,但在6个预测的潜在脱靶位点中均未发现明显的脱靶现象。之后,我们通过显微注射的方式利用BE3系统和ABE7.10系统在牛胚胎中进行多基因编辑,证实了利用碱基编辑器在牛胚胎中进行多基因同时编辑的可行性。最后,我们再次通过显微注射的方式利用BE3系统在牛胚胎中进行了 CDX2基因的敲除,免疫荧光实验结果表明敲除成功。通过本研究,我们在牛胚胎中实现了高效的碱基编辑、多基因编辑以及基因敲除,证实了碱基编辑器在牛胚胎中进行精准基因编辑的巨大潜能,这对于在种牛中高效地进行遗传缺陷修复和性状改良具有重要意义,为减少因遗传缺陷导致的胚胎死亡、流产和犊牛畸形、降低由此而来的经济损失提供了一条新思路。