干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。干性维持作为其主要特征,对干细胞池稳态和谱系正常发育起到重要调控作用,因此,本研究选择成体干细胞（雌性生殖干细胞）和多能干细胞（胚胎干细胞）,对它们干性维持的发育机制进行探究,旨在帮助我们更好的理解哺乳动物的干细胞发育过程,同时为干细胞的临床应用提供理论依据。生殖干细胞的干性维持机制一直是生殖领域备受关注的焦点。目前对精原干细胞（Spermatogonial stem cells,SSCs）自我更新机制的研究较为清楚,而对雌性生殖干细胞（Female germline stem cells,FGSCs）的干性维持机制及其上下游信号通路仍知之甚少。为解析FGSCs干性维持相关的发育调控机制,我们采用微量细胞转录组测序技术（RNA-Seq）分析了小鼠早期雌性生殖细胞发育过程,揭示了原始生殖细胞（Primordial germ cells,PGCs）,FGSCs,生发泡期（Germinalvesicle,GV）及第二次减数分裂中期（Metaphase II,MII）卵母细胞的转录组学特征,进一步确定了FGSCs是雌性生殖细胞发育中继PGCs之后和GV期卵母细胞之前的一个特定时期。同时,我们用甲基化DNA免疫共沉淀测序（Me DIP-Seq）技术分析了这四个发育阶段的全基因组甲基化水平,发现DNA甲基化在PGCs和FGSCs中均维持较低水平,为FGSCs干性维持的表观遗传调控机制提供了证据。通过基因表达趋势分析,我们发现了磷脂酰肌醇3-激酶蛋白激酶（PI3K-AKT）通路伴随雌性生殖细胞发育过程呈下降趋势,进而我们通过特异性小分子抑制剂对其功能和下游靶基因进行实验验证,证实PI3K-AKT通路对FGSCs的干性维持至关重要。通过权重基因共表达网络分析,我们发现FGSCs的干性维持特性及分化潜能可能与其细胞通讯,蛋白运输及RNA代谢有关。我们分析了长链非编码RNA（lnc RNAs）的表达模式,发现632个lnc RNAs具有显著性差异,同时呈现阶段特异性表达模式。应用单细胞PCR及组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化（H3K27me3）免疫荧光染色技术,我们证实X染色体失活特异转录本（X inactive specific transcript,XIST）在FGSCs中表达,提示其中一条X染色体失活。最后,我们分析了不同发育时期的可变剪切动态变化,发现可变剪切的发生频率在FGSCs高达57.12%,这表明FGSCs中存在更活跃的基因转录过程以维持其干性特征及分化潜能。胚胎干细胞的干性维持机制也是干细胞领域的一个关键科学问题。表观遗传调控虽然可以影响干细胞干性维持和谱系分化等重要发育生物学过程,但我们并不清楚表观遗传信息是如何被传递的。近年越来越多的研究指出组蛋白遗传模式在干细胞非对称分裂（Asymmetriccell division,ACD）过程的干性维持和分化调控中起到不可或缺的作用。基于此,我们研究了小鼠胚胎干细胞（Mouse embryonic stem cells,m ESCs）在ACD过程中的组蛋白遗传模式,以及调控这种模式的有丝分裂机器。结果显示,在非对称分裂的m ESCs中存在染色体区域上的组蛋白非对称分布,并且这种非对称模式与干细胞ACD紧密相关。如果破坏或去除局部ACD诱导信号,新旧组蛋白Histone 3（H3）和Histone 4（H4）的非对称模式也随之消失;另外,组蛋白局部非对称分布模式只限定于H3和H4,而不存在于Histone H2A,H2B和H3.3。有丝分裂期纺锤体的正确组装对遗传信息的正常分配和传递至关重要,我们进一步检测了非对称分裂过程中的有丝分裂机器,发现这些元件均发生不同程度的非对称事件,因此我们推断这些非对称元件差异性的识别并捕获携带不同组蛋白信息的染色体,从而不同的两套染色体被选择性分配到不同命运的子代细胞中。综上所述,应用微量细胞RNA-Seq和Me DIP-Seq技术,我们研究了小鼠早期雌性生殖细胞各发育阶段的转录组及全基因组甲基化,确定了PI3K-AKT通路对FGSCs干性维持的调控作用,进而明确了FGSCs的分子细胞生物学及表观遗传学特征;同时,我们利用m ESCs的ACD诱导系统,探究了干性维持调控相关的组蛋白遗传模式,为表观遗传信息与干性维持机制研究提供了理论基础。因此,本研究采用两种重要的干细胞,对“干细胞如何维持干性”的关键科学问题进行研究,发现了新的调控通路和表观遗传调控模式,为哺乳动物干细胞的干性维持调控提供了新的研究思路。