Abstract The oocyte-to-embryo transition (OET) occurs in the absence of new transcription and relies on post-transcriptional gene regulation, including translational control by mRNA poly(A) tail regulation, where cytoplasmic polyadenylation activates translation and deadenylation leads to translational repression and decay. However, how the transcriptome-wide landscape of mRNA poly(A) tails shapes translation across the OET in mammals remains unknown. Here, we performed long-read RNA sequencing to uncover poly(A) tail lengths and mRNA abundance transcriptome-wide in mice across five stages of development from oocyte to embryo. Integrating these data with recently published ribosome profiling data, we demonstrate that poly(A) tail length is coupled to translational efficiency across the entire OET. We uncover an extended wave of global deadenylation during fertilization, which sets up a switch in translation control between the oocyte and embryo. In the oocyte, short-tailed maternal mRNAs that resist deadenylation in the oocyte are translationally activated, whereas large groups of mRNAs deadenylated without decay in the oocyte are later readenylated to drive translation activation in the early embryo. Our findings provide an important resource and insight into the mechanisms by which cytoplasmic polyadenylation and deadenylation dynamically shape poly(A) tail length in a stage-specific manner to orchestrate development from oocyte to embryo in mammals.

Abstract Embryo implantation in humans is remarkably inefficient for reasons that remain largely unexplained, and high rates of implantation failure remain one of the greatest obstacles in treating infertility. The volume of gene expression data available from human embryos has rapidly accumulated in recent years. However, prioritization of these data to identify the subset of genes that determine successful implantation remains a challenge, in part, because comprehensive analyses cannot be performed on the same embryos that are transferred. Here, we leverage clinical morphologic grading—known for decades to correlate with implantation potential—and transcriptome analyses of matched embryonic and abembryonic samples to identify genes and cell-cell interactions enriched and depleted in human blastocysts of good and poor morphology, genome-wide. Unexpectedly, we discovered that the greatest molecular difference was in the state of the extraembryonic primitive endoderm (PrE), with relative deficiencies in PrE development in embryos of poor morphology at the time of embryo transfer. Together, our results support a model in which implantation success is most strongly reflected by factors and signals from the embryonic compartment and suggest that deficiencies in PrE development, in particular, are common among embryos with reduced implantation potential. Our study provides a valuable resource for those investigating the markers and mechanisms of human embryo implantation.