严重无精症患者的睾丸和附睾内没有成熟精子或长形精子细胞,因此无法通过卵胞浆内单精子显微注射技术（Intracytoplasmicsperm injection,ICSI）得到遗传学后代。而圆形精子注射（Round spermatid injection,ROSI）技术是将圆形精子注射进卵母细胞,通过辅助激活使卵母细胞受精,从而帮助一部分存在圆形精子的无精症患者获得遗传学后代。尽管ROSI技术在包括小鼠、兔、猴和人类在内的多种动物中均已应用,但仍存在诸如着床率低、流产率高、活产率低等问题。ROSI胚胎发育潜能低下的分子机制尚不清楚,找到ROSI胚胎发育的关键障碍,对于改善ROSI胚胎的发育潜能,推动这项技术在辅助生殖领域的临床应用尤为关键和重要。为了明确小鼠ROSI胚胎全程发育情况,我们建立了稳定的圆形精子注射、胚胎培养及移植体系。对比ICSI胚胎,ROSI胚胎的桑葚胚致密化率低、囊胚率低、着床率低、流产率高、活产率低。在更早的原核期,观察发现ROSI胚胎中出现较高比例的单原核胚胎,这种胚胎不能发育到囊胚。提示ROSI胚胎早期的原核形成可能存在异常,导致其发育效率低下。为了探究小鼠ROSI胚胎发育效率低下的分子机制,我们通过单细胞多组学测序,首次描绘了小鼠ROSI胚胎和作为对照的ICSI胚胎着床前发育过程的基因表达、染色质开放和DNA甲基化图谱。分析发现在原核期（PN3）ROSI胚胎的初级合子基因组激活（Minor zygotic genome activation,Minor ZGA）基因表达异常下调,这些基因与细胞骨架组装相关。通过白光及免疫荧光观察证实,ROSI原核期（PN3）胚胎雄原核直径偏小。同时其内部的微管组织中心数目明显减少,可能影响微管以及其他细胞骨架结构,从而影响雄原核的结构重塑,因此影响ROSI胚胎发育潜能。同时,小鼠ROSI胚胎的DNA甲基化与染色质开放的异常也主要集中在原核时期（PN3）,部分异常表达的Minor ZGA基因与DNA高甲基化和低染色质开放水平的变化相关,这些基因同样富集了微管细胞骨架组织、肌动蛋白细胞骨架组织等生物学事件,提示在ROSI原核期胚胎中表观重塑异常与minor ZGA激活异常、细胞骨架之间的密切联系。综上,我们首次描绘了小鼠ROSI胚胎,以及作为对照的ICSI胚胎的单细胞RNA表达、DNA甲基化、染色质开放状态图谱,联合对比两种胚胎在甲基化、染色质开放与转录的差异,发现ROSI原核期胚胎中minor ZGA激活异常及表观重塑异常可能是导致ROSI胚胎发育异常的重要原因,为进一步研究ROSI胚胎发育潜能下降的表观遗传机制提供了数据支撑。