2012年4月，德国生物育种、遗传评估专家，德国国家奶牛数据处理中心总经理Dr. Stefan Rensing先生应德国诺丁林邀请来中国交流。在此期间，Stephan博士就德国基因组选育技术在北京接受荷斯坦杂志独家采访，并予以全面介绍。
德国诺丁林是德国乃至欧洲最大的荷斯坦奶牛育种组织，诺丁林汇集了德国三大传统的成功奶牛育种机构RPN、SRV和ZEH，凭借一百多年来在奶牛育种领域丰富的经验和雄厚的优势，为打造一个可靠的奶牛育种组织奠定了坚实的基础。
Dr. Stefan Rensing 德国生物育种、遗传评估专家 德国国家奶牛数据处理中心总经理
1959年10月3日出生于奶农之家；1977～1981 年就读于德国哥廷根大学农业与畜牧业生产专业；1981～1984 在哥廷根大学攻读博士学位（羊的繁殖学）；1985～1987年在埃塞俄比亚Ambo学院教授农学专业；1987～2000年在德国奶牛育种及人工授精行业工作；2000年至今德国VIT数据中心遗传评估处。
基因组选育作为一项前沿的选育技术，出现的背景是什么？具备哪些优势？
Stephan博士：的确，基因组选择目前被认为是奶牛育种行业一场很大的革命。说到它出现的背景，我们有必要回顾一下奶牛育种的里程碑，主要是分为以下三个阶段。
第一个阶段大概是1890年至1950年，那时只能通过表型选择，如通过看牛的身高、体重、产奶数量等，但没有任何系统数据基准来判断选择。并且那时是通过本交获得遗传进展，本交即自然交配，每一个牛群里面必须得养一头公牛，或者说一个村子里共用一头公牛。
1950年标志着奶牛育种第二个阶段（1950～2009）开始，这在历史上被称为是奶牛育种行业的第一次革命，因为它引入了人工授精技术。一方面我们可以在大量的牛群及其后代间进行数据收集，即通过育种值实现选择。同时因为人工授精技术的应用和公牛生产的冷冻精液的出现，一头公牛就可以给成千上万的母牛配种，它的女儿也就可以分布在任何有需要的区域。这样既增大了选择的强度，而且它的女儿群遍布各个地方，我们可以收集这头公牛女儿的数据来进行后裔测定。通过有后裔测定的验证公牛人工授精获得遗传进展奠定了近代基因组选择育种革命的基础。在这59年时间里，通过有后裔测定的验证公牛人工授精获得了很大的遗传进展，速度要比第一个阶段快的多，准确率也要高得多。
直到2010年，出现了基因组选择技术，进入了奶牛育种发展的第三个阶段（2010至今）。通过基因组测定的青年公牛人工授精获得遗传进展，被称为奶牛育种行业的第二场革命，因为通过基因组技术，我们可以在早期获得可靠性较高的公牛估计育种值，不用再等到公牛的后裔测定程序完成才能开始使用该公牛冻精，公牛也没有从一岁到六岁之间的等待期，这使得遗传进展速度大大加快。奶牛选育工作进入一个新的飞跃阶段，这也是它最显着的优势。
说到基因组选择技术出现的背景，我们必须清楚基因组选择技术是一项基础科学，它对任何一个物种，人或者牛都是通用的，而基因型是基因组选择的基础。
上个世纪70年代后期，一些深入基因组研究技术的专家已经掌握了读取奶牛遗传密码的方法，知道分布在牛身上的30对染色体上的30亿个碱基对。但在当时这项技术的成本非常高。2003年虽然能对所有的基因组解码，但如果要读取牛基因组的编码，至少需要花费100万美元。所以在当时想要把这项技术应用在日常的奶牛育种工作上几乎不可能，因为成本实在太高。
但是在2008年出现了一个重要变化，寻找到一种读取众多标记的简单方式，也就是SNP单核苷酸多态性，54,000 SNP 平均分布于整个基因组，SNP模型反映了不同动物之间在54,000代表位点上遗传密码之间的差异。通过SNP这种简便快速的技术，我们不需要全部读取这31个碱基对，只需读取平均分布在基因组上的54000个有代表性的位点就可以，这大大降低了读取奶牛基因组的成本。2008年的时候成本大概在250到300美元/头牛。至于现在的价格，成本上又再度降低，大概在100美元/头左右。
请介绍一下基因组育种值评估的原理，比如一个特定性状的育种值，它的遗传模式能告诉我们什么？
Stephan博士： 原理其实很简单。我们按照一定的方法简单读取基因组，但其中每一个特定性状的育种值，其基因组到底是什么样，与其他的基因型有什么区别？具体是什么意思，我们该如何理解，如知道某个片断代表某些特定的表现型，这才是关键。
那么怎么去判断理解，这就需要我们去做一些后续工作来验证。我们不是有很多验证公牛的数据吗？举个例子，三头公牛，它们不一样的名字，也来自不同的家族。从血系上来讲，相差很远，每头牛各自有超过两万头的女儿数，它的可靠性接近99.9%，我们很清楚它的表现型，这三头牛的共性是对乳蛋白有很高的提升能力，乳房的性状一般。既然它们的共性是对乳蛋白有很高的提升能力，那么我们就看它们的整个基因片段是怎么排列分布的，有一定的共性那么它们的基因组上某些片断结构肯定是相似的，然后从其中寻找共性规律，并进行推理验证，最后确定某些基因片段所控制的相应的表现型。一旦寻找出一个推导规律，建立了统一公式，将来就可以将基因组检测技术直接应用到任何青年公牛身上。
在这个发现、推导并进行验证的过程中，我们需要一个成千上万的足够庞大的验证公牛群体，必须有参考群体验证公牛的女儿数据，有最详细的所有性状及其相关基因型的记录。验证公牛表现型如何，我们都很清楚，它们的女儿数据我们也都在过去的几十年已经收集清楚了。需要强调的一点就是参考群体大小、验证公牛有多少头决定着结论准确性程度。一般来说，验证公牛数量越多，结果准确度越高。
做基因组选育需要注意哪些方面，其可靠性有多大？
Stephan博士：做基因组选育，最基本的一项是必须有非常好的数据记录系统，是否有庞大的验证公牛群体，是否有最详细的所有性状的记录。如果没有参考群体验证公牛的女儿数据，没有所有有关性状的基因型，是不可能接下来进行基因组选育工作的。
首先，在前期数据搜集方面要投入大量的工作，必须有所有验证公牛的基因型数据，并且能够读取。
接着，基因组育种值预测出来之后，它的育种值是多少可靠性怎样，首先取决于参考群体的大小。如参考公牛女儿数据的可靠性，必须得包括所有收集齐全的性状数据，此外还有验证公牛的数量数据。另外，参考群体的质量。这些验证公牛的育种值准确性是多少？在德国，每一头验证公牛至少有100头女儿数据，它的可靠性绝对能够达到90%以上。目前德国和美国的数据仍然是世界上最大最可靠的两个。
新西兰在这项技术方面最早开始研究，但是它们的参考群体大概只有三四千头。如果参考群体达不到一定数量，基本上就是没有什么意义的。
德国的基因组育种值官方发布是在什么时间发布的？具有什么意义？
Stephan博士：德国的基因组育种值官方发布是在2010年的8月份，意味着国际公牛组织对基因组评估体系得到了认证，同样美国也是得到了国际认证，这就意味着当时基因组估计育种值也开始正式作为一种验证方式。
从那时开始就没有后测公牛这个概念了，因为没有后测公牛这个概念，整个育种策略也就发生了改变，所以基因组育种值通过基因组技术提高了选择强度，公牛一岁的时候就有它的育种值，真正实现了遗传进展翻番。
基因组选育技术是如何具体实现遗传进展翻番的？
Stephan博士：实现遗传进展翻番是很不容易的，这也是我们为什么把基因选育称为奶牛育种第二次革命的原因。
基因组基数应用之后，我们不需要收集女儿群数据，只在实验室做一下检测就可以。所以就没有母牛基础群的限制，每年我们会通过基因组技术对一万头公牛进行测定，比之前1000头增加了10倍。之前1千头后测公牛需要等待6年，也就是等这个公牛长到6岁之间，它的女儿数据才能收集到，才会得到验证。现在我们对一万头青年公牛通过基因组预测，仅从其中选择最好的150头或者200头，直接作为基因组验证公牛进行销售，这时公牛刚到1岁，而原来育种值出来需要6年的时间，所以遗传间隔缩短了3至4年，遗传进展翻番也就由此实现。
就德国而言，基因组选育技术目前的可靠性大概是多少？
Stephan博士：目前参考群体最大的两个国家是美国和德国。美国和德国已经有很多验证公牛作为参考群体，参考群体越大，数据的准确性越高。所以即使是德国和美国，他们仍然需要更多验证公牛参与进来，所以他们与其他的国家结成了多个联盟。如欧洲联盟（包括德国、法国、丹麦、荷兰、西班牙）和北美联盟（包括美国、加拿大、意大利），北美联盟确切的数据，大概在16000到17000之间。对于欧盟国家并不是所有的公牛都汇总到欧盟数据库，因为单是德国就有大于23000头的一个公牛群体。
德国作为最早开展基因技术研究的国家之一，经过几年的发展，可靠性已达到70%。由于奶牛基因组选育技术的出现，每年后备青年公牛选择范围从传统后裔测定选育技术的1000头扩大到基因育种技术的10000头，选育的时间间隔也大大缩短，由六年转变到一年，提高了选择强度，极大的加速了奶牛遗传进展。目前，德国每年通过基因组选择验证的种公牛头数在150～200头左右。
德国黑白花荷斯坦以及红荷斯坦牛基因组估计育种值于2010年8月在德国首次正式发布，这标志着国际公牛组织对德国基因组评估体系的认可。截止2011年12月，德国有超过23,000 头公牛作为样本在开展基因组选择验证种公牛工作。目前德国也是世界上掌握和运用基因组数据参考群体最大的国家之一。
目前各国牛场对基因组选育技术的认可度如何？
Stephan博士：尽管基因组育种技术出现的时间还比较短，各个国家的牧场在实际生产中采用基因组验证公牛冻精还存在一定的差距。但是，目前在牧场中接受应用基因验证公牛程度最高的是丹麦和法国，达50%左右；美国牧场中接受基因组选择验证公牛的占40%左右；德国人以做事严谨着称，目前大概有30%到50%的牛场都在应用基因组验证公牛。相信通过今后的1～2年时间，牧场接受程度将会达到50%以上。
有些牛场基因组验证公牛已经作为父本来用。基因组选育技术不只是用在公牛选育方面，也可以在选择母牛的时候应用。以前种子母牛必须在产奶性能表现出来之后，我们才能知道这头母牛好不好。现在可以用基因组选育技术，在青年母牛一岁左右就对它进行测定，预测将来会有什么样的生产性能表现，一旦符合要求就把它作为种子母牛来培育下一代公牛。
可以很负责任的告诉大家，德国荷斯坦的基因选育非常切合实际，而且它不只是针对平均水平的这些公牛，还包括顶级公牛，数据也是切实可信的。
应用基因组选育技术后，牛场是不是就不需做后裔测定了？
Stephan博士：不是说不做后测，而是说不以后测为目的。还是要收集后测数据，因为德国的体系已经建立，这些母牛的数据依然会收集的，可以作为一个前期预测的参考。
而基因组数据出来后，买排名前150头或者200头，这150～200头就是基因验证公牛，其他表现不好的淘汰掉。由于这150头到200头牛已经有了很明显的好的基因组预期，所以价格自然也比验证公牛高，原因主要是前期的投入较大，如说数据的整合搜集工作。但是从长远来讲，价格还是要下降的，因为育种周期大大缩短。
基因组选育技术的可靠性只有70%左右，它在市场实际推广中遇到哪些困难，你们是如何解决的？
Stephan博士：首先我想告诉大家，基因选育的公牛可靠性已经达到70%左右，但还不像后裔测定的验证公牛可靠性能够达到90%。
同时我们也要注意，即使后裔测定的公牛能够达到90%，它还是有10%的风险，有一定程度的上下浮动。只不过基因组预测育种值浮动程度大一些。基因组总体出来的成绩比验证公牛要好，不会比验证公牛更低。
现在虽然基因组是很好的一项技术，但是目前对市场销售来讲，大家对基因组公牛还是有很大争议的。我们的工作是要用真实准确的数据来给奶农强大的信息。德国数据库是世界上最好的数据库，并不是说其他国家不好。但是通过数据可以证明德国是最好的，是最切合实际并且没有被过高估计的，可以被奶农相信，也可以给牛场带来经济效益。
目前德国市场上对基因组预测冻精已经有一定程度的认可，也希望将来中国的场主也能使用基因组预测冻精。
